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CETE Normandie Centre Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Blois

RAPPORTS

MINISTÈRE DE L’ÉCOLOGIE, DE L’ÉNERGIE,DU DÉVELOPPEMENT DURABLE ET DE LA MER

en charge des Technologies vertes et des Négociations sur le climat

www.cete-normandie-centre.developpement-durable.gouv.fr

Affaire n°118810

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Opération de recherche 11M081 Sujet n°2

Application de la méthodologie développée par le CETE Méditerranée Études de cas pour des talwegs de premiers ordres Mars 2010

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Date Version Auteur Commentaires

09/03/2010 A Sébastien KOPP et Stéphane PINEY

Rapport initial (31 p.), version soumise à la relecture.

Affaire suivie par Stéphane PINEY - Département Sciences de l’Environnement - Unité Technique Cours d’Eau

Tél. : 02 54 55 48 65 - fax : 02 54 55 48 71

Mél : stéphane.piney@developpement-durable.gouv.fr

Destinataires Réseau Scientifique et Technique A l’attention de Monsieur Éric GAUME (L.C.P.C.) ............................................ (1 ex.) A l’attention de Monsieur Frédéric PONS (CETE Méditerranée)...................... (1 ex.) A l’attention de Messieurs Emmanuel BERTHIER et Paul GUERO (LROP).... (1 ex.) Département « Sciences de l’Environnement » ............................................... (1 ex.) Secrétariat (affaire 114590)............................................................................... (1 ex.) Centre de Gestion CG4 / 85

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SOMMAIRE

INTRODUCTION.............................................................................................................................................. 4 1.- Le bassin versant du ruisseau du Coupe-Gorge sur la commune de St Laurent-de-Condel (14).... 5

1.1. - Présentation succincte........................................................................................................................ 5 1.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis ................... 7

1.2.1.- Premiers résultats .................................................................................................................... 7 1.2.2.- L’influence du bruitage............................................................................................................. 8

1.3.- Calcul d’un indice d’engorgement........................................................................................................ 9 2.- Le bassin versant du ruisseau de la Porte, en Suisse Normande (14).............................................. 10

2.1.- Présentation succincte....................................................................................................................... 10 2.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis ................. 11 2.3.- Calcul d’un indice d’engorgement...................................................................................................... 13

3.- Une situation de plaine, Cesny-aux-Vignes (14) .................................................................................. 13

3.1. - Présentation succincte...................................................................................................................... 13 3.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis ................. 14

4.- Premiers éléments de conclusion quant à la valeur du bruitage et à la « largeur » du talweg ...... 15 5.- Le bassin versant de la Curande, affluent de la Lézarde (76) ............................................................ 17

5.1. - Présentation générale....................................................................................................................... 17 5.2. - Les désordres constatés................................................................................................................... 18 5.3.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis ................. 19 5.4.- Calcul d’un indice d’engorgement...................................................................................................... 21

6.- Petits bassins versants ruraux dans le département du Cher (18).................................................... 22

6.1.- Présentation générale........................................................................................................................ 22 6.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis ................. 24

6.2.1.- St Martin-d’Auxigny (18)......................................................................................................... 24 6.2.2.- Levet (18) ............................................................................................................................... 26 6.2.3.- St Amand-Montrond (18) ....................................................................................................... 28 6.2.4.- Verdigny (18).......................................................................................................................... 29

CONCLUSION ............................................................................................................................................... 31

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INTRODUCTION Suite au rapport Étude bibliographique de trois méthodologies appliquées au risque érosion d’août 2009, et aux perspectives énoncées en vue d’une cartographie départementale du risque ruissellement, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux talwegs de premiers ordres (d’ordres 1 à 3), en vue de déterminer dans quelle mesure la méthodologie de détermination des zones inondées développée par le CETE Méditerranée était susceptible de cartographier de façon satisfaisante « l’enveloppe » des talwegs concernés, et si l’introduction d’un indice d’engorgement était susceptible de hiérarchiser sur ces mêmes espaces des zones plus particulièrement exposées. Comme nous l’avions évoqué la mise en place d’une telle méthodologie suppose la détermination d’espaces de validation, c’est pourquoi nous proposons de tester ces méthodes sur les 8 bassins versants suivants, pour lesquels nous avions réalisé un retour d’expérience (bassins versants du Cher), ou des études particulières (bassins versants situés dans le Calvados et en Seine Maritime) : - le bassin versant du ruisseau du Coupe Gorge (585 ha) sur la commune de St Laurent-de-Condel

(14) ; - un bassin versant (182 ha) à Cesny-aux-Vignes (14) ; - le bassin versant du ruisseau de la Porte (1350 ha) sur la commune de Clécy (14) ; - le bassin versant de la Curande (2082 ha), affluent de la Lézarde à Montivilliers (76) ; - le bassin versant des « Charbonnières » (43,4 ha) à St Amand Montrond (18) ; - les bassins versants du quartier du « Beauséjour » (43,1 ha) et du bourg (74 ha), à Levet (18) ; - les bassins versants des « Galandes» (19 ha) et du centre bourg (25,7 ha), à St Martin-d’Auxigny

(18) ; - un bassin versant (31,5 ha) à Verdigny (18). Les bassins versants testés sont de tailles variables (de 0,2 à 21 km2), et il s’agira plus particulièrement de s’intéresser aux zones urbanisées pour lesquelles des désordres ont été constatés. L’approche proposée est ici très succincte : elle vise non à qualifier un aléa, mais à déterminer dans un premier temps les zones potentiellement concernées (enveloppe des zones potentiellement inondables) via l’approche hydrogéomorphologique « numérique » développée par le CETE Méditerranée. Il s’agira donc de tenter de voir dans quelle mesure l’ensemble des zones de désordres constatées sont effectivement recensées. Dans un second temps, à titre exploratoire, nous avons cherché sur ces mêmes bassins versants à tester l’introduction d’un indice d’engorgement tel que décrit au niveau du rapport d’août 2009. Il s’agit ici de disposer d’un outil permettant de sélectionner, au sein de l’enveloppe précédente, les zones les plus exposées, sans en qualifier l’aléa. Introduit au niveau du modèle hydrologique TOPMODEL, pour qualifier l’aptitude d’un pixel à se saturer, cet indice s’exprime de la façon suivante :

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

i

ii I

alnλ , avec ai surface drainée au droit de chaque pixel i, et Ii, la pente locale de chaque pixel i.

- ai caractérise la capacité du pixel i à collecter l’eau en amont ; - tandis que la pente locale Ii, traduit sa facilité à l’évacuer vers l’aval. Une aire drainée de 100 ha générera un indice d’engorgement variant de λ ≈ 7 pour une pente de 9 % à λ ≈ 11 pour une pente de 0,2 % (cf. figure 1). Il est facilement calculable dans la mesure, où l’on dispose, via l’utilisation d’outils SIG, de l’aire drainée, et de la pente de chaque pixel.

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Figure 1 : valeurs d’indices d’engorgement (A en (ha) et I(m/m)) pour des surfaces de bassins versants allant de 0,1 ha à 100 km2, et des pentes de talwegs 0,3 à 12 %.

1.- Le bassin versant du ruisseau du Coupe-Gorge sur la commune de St Laurent-de-Condel (14)

1.1. - Présentation succincte La tête du bassin versant est constituée de forêt. Le ruisseau traverse ensuite une zone de cultures jusqu’au bourg de St Laurent (il passe alors sous la RD 962 - Caen - Flers). L’écoulement apparaît permanent depuis l’amont immédiat du bourg ; plus en amont le talweg est sec en période d’étiage. Le ruisseau transite via des collecteurs dans le bourg de St Laurent, avant de retrouver un écoulement à ciel ouvert, jusqu’à sa confluence avec l’Orne. Il traverse alors le hameau du Bas de St Laurent, parcourt un talweg très marqué dans la forêt de Grimbosq, avant de rejoindre le ruisseau de la Grande, puis se rejète dans l’Orne. La surface totale du bassin versant est de 585 ha. Les inondations observées sont fréquentes, et correspondent à la fois à des événements intenses estivaux, et à des précipitations hivernales plus longues. Le cas de St Laurent est assez significatif dans la mesure où les inondations survenues sont systématiquement d’origine agricole (le bassin versant amont du Coupe-Gorge correspond à une zone boisée suivie de terres en culture, cf. figure 2 ci-dessous). La commune de St Laurent-de-Condel se situe dans un secteur intermédiaire entre la plaine de Caen, aux cultures céréalières extensives, et la Suisse Normande caractérisée par un paysage de prairies, bocager. Au cours de la seule année 2003, ont ainsi été recensés les événements des 1er janvier, mai, 7 juillet, 18 septembre, 25 septembre, 7 et 10 novembre, engendrant tous des débordements et des inondations des habitations du bourg le long du Coupe-Gorge, et d’un petit affluent figuré ci-dessous.

Indice d'engorgement λ

0.1

1.0

10.0

100.0

1000.0

10000.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5

Pente I(%)

Surf

ace

drai

née

A(h

a)

λ = 3λ = 5λ = 7λ = 9λ = 10λ = 11λ = 12

6

Figure 2 : plan de situation, bassin versant du Coupe-Gorge à St Laurent-de-Condel (14)

IGN © Geoportail

Figure 3 : détail au niveau du bourg de St Laurent-de-Condel (14) IGN © Geoportail

N

rue de la Fontaine (source) débordements constatés affluent

le Lavoir, le Bas de St Laurent

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Figure 4 : l’événement du 1er janvier 2003 à St Laurent-de-Condel (crues turbides, issues du ruissellement agricole du bassin versant amont, S = 153 ha en amont du bourg)

1.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis

1.2.1.- Premiers résultats

Le M.N.T. utilisé correspond à celui de la BD TOPO® au pas de 25 m. La boite à outil « calcul de réseau » développée par le CETE Méditerranée a été utilisée avec un seuil de 1000 itérations. Le bruitage est ici de 1 m.

Sur cet exemple, on remarque qu’au delà du seuil de 100 ha, l’affluent rive droite dans le bourg de St Laurent n’est plus mis en évidence. Au delà de 200 ha, c’est l’ensemble de la partie amont du tracé du Coupe-Gorge qui ne figure plus. Il est intéressant de constater aussi que le seuil de 50 ha permet de bien mettre en évidence un petit talweg, très marqué, en rive droite du Coupe Gorge sur sa partie aval. Au delà de ce seuil, il ne figure plus.

La cartographie met en évidence l’axe du cours d’eau, talweg relativement marqué, en amont du bourg (la pente du talweg est supérieure à 2 %) ; en centre bourg la zone concernée apparaît nettement plus large (la pente chute de 1 à 1,5 %). Il est difficile de comparer les résultats obtenus aux zones de débordement constatées pour lesquels aucune cartographie n’a été réalisée. On remarquera simplement qu’ils se situent au droit du talweg principal, et au niveau d’un petit affluent en rive droite dont le cours a été manifestement détourné (cf. figure 3). Si l’application de la méthodologie aboutit à mettre en évidence un talweg relativement bien délimité, pour le ruisseau du Coupe-Gorge, elle aboutit pour l’affluent secondaire à sélectionner une zone plus diffuse, ce à quoi l’on pouvait s’attendre au regard de la lecture de la carte au 1/25 000.

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Figure 5 : bassin versant du Coupe-Gorge, à St Laurent-de-Condel (bruitage de 1 m)

1.2.2.- L’influence du bruitage

Il nous semble que la valeur du bruitage à adopter est faiblement liée à celle de la pente du talweg à cartographier : c’est son caractère « marqué » au sens hydrogéomorphologique (fortes ruptures de pentes sur un même profil en travers, qui limite la zone d’expansion), son « niveau d’encaissement », qui se révèle déterminant. Comme le montre la figure 6 ci-dessous la cartographie est quasi identique au droit du Coupe Gorge à l’aval du bourg, là où le talweg est très marqué (la pente transversale1 varie de 12 à 20 %). Sur le secteur du bourg, ou plus en amont, sur le talweg du Coupe Gorge, l’enveloppe est plus réduite lorsque le bruitage adopté est de 0,5 m. Alors que sur ce même secteur, la pente du talweg est supérieure à celle observée à l’aval du bourg, l’impact de la valeur retenue pour le bruitage sur la détermination de l’enveloppe retenue est réel (la pente transversale varie de 6 à 10 %) Quelque soit la valeur du bruitage retenue, on remarquera aussi que l’affluent qui conflue au niveau du bourg n’est pas mis en évidence au niveau de la cartographie . Manifestement dévié de son cour originel, et de taille trop réduite au regard de la maille traitée (25 m x 25 m), il ne saurait être mis en évidence. Cependant, en cas « d’insuffisance », le débordement correspondant rejoindra le talweg mis en évidence au niveau de la cartographie présentée (bien que difficilement délimité ici).

1 Les pentes transversales sont ici évaluées sur la base du © Scan 25.

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Figure 6 : influence du bruitage, bassin versant du Coupe-Gorge à St Laurent-de-Condel (zoom sur le bourg) (à

gauche, bruitage de 1 m, à droite, bruitage de 0,5 m). Non mise en évidence de l’axe de l’affluent secondaire dévié

1.3.- Calcul d’un indice d’engorgement

Figure 7 : calcul de l’indice d’engorgement au niveau du bassin versant du Coupe-Gorge, à St Laurent-de-

Condel

RD 562 RD 562

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Les figures 7 et 8 montrent les résultats du calcul d’un indice d’engorgement sur le bassin versant du Coupe Gorge (seules les valeurs supérieures à λ = 8 sont cartographiées). Les valeurs λ ≥ 10 apparaissent bien couvrir les secteurs de débordement constatés (excepté la zone déviée de l’affluent cf. remarque précédente). Plus qu’un outil permettant de délimiter les zones à risque, le calcul d’un indice d’engorgement permet a priori de pointer les secteurs les plus critiques (≠ enveloppe).

Figure 8 : bassin versant du Coupe-Gorge, à St Laurent-de-Condel (bruitage de 1 m), zoom sur le bourg

(bruitage 1m et indice d’engorgement)

2.- Le bassin versant du ruisseau de la Porte, en Suisse Normande (14)

2.1.- Présentation succincte Le bassin versant du ruisseau de la « Porte » d’une superficie de 1350 ha se situe en Suisse Normande à une trentaine de kilomètres au sud de Caen. Les communes concernées sont Clécy (1266 hbts) et La Villette (153 hbts) (données INSEE 1999).

Le ruisseau de la « Porte » s’écoule sur une longueur d’environ 4,2 km. En amont immédiat du bourg, le talweg du ruisseau est barré par le remblai de la RD962 (Caen-Flers). La continuité hydraulique est assurée par un passage busé sous le remblai. Lors de la traversée du bourg, le ruisseau est en partie canalisé : les berges sont constituées de deux murets en maçonnerie. Le ruisseau de la « Porte » rejoint l’Orne à 1 km en aval de Clécy, au lieu dit « la Cantepie ».

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Figure 9 : dysfonctionnements recensés (sans échelle). Étude du réseau hydrographique et de l’assainissement

pluvial du bassin versant du ruisseau de « la Porte » commune de Clécy (14), Burgeap 2006.

En terme de géologie, la zone d’étude se situe sur un secteur de grès et de schistes du Cambrien représentant un ensemble géologique complexe, peu perméable. En terme de pédologie, les sols rencontrés sont peu épais, acides et caillouteux avec de faibles réserves hydriques. L’occupation du sol est caractérisée par un paysage de type bocager avec des reliefs marqués. Les labours se sont développés sur les plateaux, les versants et fonds de vallée sont occupés par des prairies ou des boisements lorsque le relief est trop abrupt. Les surfaces « labourées » représentent 30% de la surface totale. Les surfaces agricoles sont de taille modeste. Les inondations observés : Les « dysfonctionnements » issus de phénomènes de ruissellement ont été observés lors de violents orages d’été tel que celui du 30 juin 2003 ; ils se caractérisent par des coulées de boues sur les voies de circulation et au sein d’habitations (6 points ont été recensés, cf. figure 9 ci-dessus). Si les débordements du cours d’eau ne peuvent être ici dissociés des phénomènes de ruissellement, il reste que ceux ci ont lieu majoritairement suite à de longues pluies d’hiver, sur un sol déjà saturé. Deux secteurs d’habitations sont régulièrement inondés ; il s’agit des lieux-dits « La Vallée » et « Les Percy ». 2.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis

Le M.N.T. utilisé correspond à celui de la BD TOPO® au pas de 25 m. La boite à outil « calcul de réseau » développée par le CETE Méditerranée a été utilisée avec un seuil de 1000 itérations, et un bruitage de 1 m. La pente moyenne du ruisseau de la Porte se situe entre 5 et 10 %. Très encaissé, le bassin versant présente des pentes latérales encore plus fortes, supérieures à 10 %, voire à 20%.

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Figure 10 : bassin versant du ruisseau de la Porte à Clécy (bruitages de 0,5 m (en bas) et 1 m (en haut))

Comme on peut le voir au niveau de la figure 10 ci-dessus la cartographie des talwegs est strictement identique quelque soit la valeur du bruitage retenu (0,5 m ou 1 m), et ceci même dans le talweg principal. On remarquera qu’il convient d’adopter ici un seuil de détermination relativement bas pour pouvoir mettre en évidence l’ensemble des talwegs existants : beaucoup d’entre eux disparaîtraient si on retenait un seuil S = 50 ha. On remarquera enfin que les zones de ruissellement de nappe (coulées de boues) ici situées en amont d’une « concentration » dans les talwegs ne sont pas ici recensées, quand bien même le seuil de détermination des talwegs est relativement bas (20 ha). Enfin, il apparaît que la cartographie des zones

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inondées (issue ici de l’Atlas de la DIREN Basse Normandie) aboutit ponctuellement à une cartographie plus large.

2.3.- Calcul d’un indice d’engorgement

Figure 11 : bassin versant du ruisseau de la Porte à Clécy (calcul d’un indice d’engorgement)

La figure 11 montre les résultats du calcul d’un indice d’engorgement sur le bassin versant du ruisseau de la Porte (seules les valeurs supérieures à λ = 8 sont cartographiées). Bien qu’elles apparaissent couvrir aussi des secteurs a priori non concernés, les zones de débordement sont effectivement incluses dans les pixels de valeurs λ ≥ 10. Retenir une valeur d’indice supérieure (λ ≥ 11) semble cependant conduire, ici, à ne pas retenir des zones pour lesquelles des débordements ont été constatés.

3.- Une situation de plaine, Cesny-aux-Vignes (14)

3.1. - Présentation succincte Située en position charnière du Pays d'Auge et de la Plaine de Caen (à 25 km à l’Est de Caen), la commune se caractérise par deux paysages très différents : au Nord, des coteaux argileux constitués de prairies et bosquets, au Sud des terres labourables, plates, céréalières (cf. figure 12, ci-dessous).

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Les débordements constatés sont directement liés à une modification du cheminement du talweg originel au lieu dit « le Botelet » : les écoulements ont retrouvé leur cheminement naturel, lors d’un événement non particulièrement intense. Comme pour les cas précédents, il s’agit d’inondations par ruissellement agricole ; on constate l’absence d’urbanisation sur la partie amont du bassin versant. Le talweg concerné draine les terres labourables de la plaine céréalière du Sud de la commune. La surface totale du bassin versant est de 182 ha. La pente du talweg varie de 0,8 à 2%, les pentes transversales sont inférieures 1,5 %, si on retient la seule zone de plaine.

Figure 12 : talweg situé en amont du bourg de Cesny-aux-Vignes, et zone de

débordements constatés IGN © Geoportail

3.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis

Figure 13 : cartographie obtenue avec un bruitage de 1 m (à gauche) et 0,5 m (à droite) sur la

commune de Cesny-aux-Vignes (14)

Sur un secteur de plaine, au relief peu marqué, l’algorithme testé ne permet pas de représenter de façon satisfaisante les zones d’écoulements préférentiels. L’impact de la valeur de bruitage retenue est ici manifeste compte tenu de la plage des valeurs des pentes transversales. En faisant varier chaque cellule de ± 0,5 m (ou à plus forte raison de ± 1 m), c’est l’ensemble des pixels de la zone d’études qui finissent par drainer le secteur de plaine concerné.

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4.- Premiers éléments de conclusion quant à la valeur du bruitage et à la « largeur » du talweg La taille des mailles étant de 25 m, la méthode du bruitage conduit théoriquement à sélectionner le pixel adjacent de façon transversale en fonction des valeurs de pentes transversales suivantes :

Bruitage

Le pixel adjacent est susceptible d’être sectionné pour peu que la

pente (%) transversale2 soit inférieure à :

0,5 m 2

1 m 4

1,5 m 6

2 m 8

2,5 m 10

3 m 12

5 m 20 Tableau 1 : impact du bruitage sur la largeur

sélectionnée en fonction de la pente transversale En retenant une valeur de bruitage de 0,5 m, on sera donc susceptible de sélectionner au droit du talweg principal un pixel adjacent pour peu que la pente transversale du « talweg » soit inférieur à 2 %. Compte tenu des talwegs concernés, le plus souvent de faibles largeurs, ou marqués par un fossé central, le calcul de pentes transversales via le ©Scan25 ne saurait être retenu pour évaluer l’impact supposé du bruitage sur la largeur du talweg obtenue. A titre d’exemple, l’analyse des largeurs inondées de talwegs et les hauteurs correspondantes menée par l’AREAS au niveau de 3 bassins versants situés en Seine Normandie (Risque inondation dans les documents d’urbanisme. Éléments de méthodologie à partir de l’expérience de l’AREAS en Haute Normandie. D. Clément et J.F. Ouvry, mars 2009) révèlent, pour des talwegs d’ordres 1 à 3, des largeurs maximales de 70 m et des hauteurs variant de 0,10 à 1,70 m (cf. tableaux situés en annexe n°1). C’est donc dans une zone très proche de l’axe du talweg qu’il convient d’analyser le caractère plus ou moins « marqué » de nos talwegs. Dans cette zone, il n’est cependant guère possible de déterminer une pente transversale caractéristique, tant celle-ci apparaît variable et dépendante de la précision du MNT utilisé (aussi dans la suite du rapport, nous continuerons à évoquer la notion de pente transversale calculée sur la base du ©Scan25, malgré les réserves précédentes). Dans le cas de St Laurent de Condel (cf. figure 6), si les pentes transversales déterminées sur la base du ©Scan25 sont effectivement supérieures à 4%, ce qui laisserait supposer une absence d’impact de la valeur du bruitage sur la largeur du talweg obtenue, les pentes locales au droit du talweg se révèlent être bien plus faibles (inférieures à 3%).

126126.5

127127.5

128128.5

129129.5

130130.5

131131.5

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575

Figure 14 : fossé drainant le talweg en amont de la RD 562 et profil en travers correspondant (bruitages de 0,5 et 1 m)

2 Il s’agit du cas le plus « défavorable » du point de vue de la pente limite où le talweg suit l’orientation du maillage du MNT.

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Aussi, compte tenu des largeurs en jeu, le niveau de résolution du MNT (25 m ici) est aussi déterminant, comme le révèle la figure 15 : le positionnement des points servant à caractériser le terrain naturel au droit d’un talweg conditionnant la largeur finalement obtenue. L’existence d’un fossé central drainant le talweg pouvant conduire à des largeurs finales variables, en fonction du point bas sélectionné sur chaque profil en travers (en fond ou sur les « berges » d’un tel fossé).

Figure 15 : représentation d’un profil en travers type (bruitage de 0,5 m)

Nous proposons donc de retenir la lecture suivant pour le tableau 1 : pour peu que les valeurs des pentes transversales, déterminées au droit des talwegs sur la base du MNT traité (ici la BD TOPO®), soient inférieures aux valeurs limites présentées, la valeur du bruitage n’aura pas d’impact. On recommandera aussi une largeur « minimale » de 3 pixels (3 x 25 m) au droit de chaque talweg (cf. figure 16), au regard de la résolution du MNT (pas de 25 m), et de ne pas descendre, en conséquence, sous une valeur de 1 m pour le bruitage, compte tenu des valeurs courantes (de 1 à 2 m) de profondeurs d’éventuels fossés situés dans l’axe de ces talwegs. En appui à cette recommandation, et plus fondamentalement, il apparaît aussi que la précision des points de la BD TOPO® est donnée en mètres (cf. tableau 2 ci-dessous).

Précision géométrique altimétrique : Source des données

Précision Traduction dans l’attribut « précision altimétrique »

Photogrammétrie Inférieure à 1 m 1 GPS 1 m < précision < 2,5 m 2.5 Interpolation MNT 2,5 m < précision 20 Sans Z 9999

Tableau 2 : précision géométrique altimétrique, BD TOPO® version 2 (Descriptif du contenu, 172 p., révisé en décembre 2009)

Figure 16 : pixels sélectionnés, et proposition d’enveloppe minimale à

retenir. La largeur minimale varie donc de 70,71 m à 106,07 m (de 2 à 3 x 225 )

Sur cette base (largeur minimale de talweg sélectionnée), dans le cas du ruisseau de la Porte à Clécy, on obtient un recouvrement satisfaisant avec l’enveloppe de la zone inondable déterminée via une approche hydrogéomorphologique.

25 m

0,5

m

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5.- Le bassin versant de la Curande, affluent de la Lézarde (76)

5.1. - Présentation générale La Curande (S = 2082 ha, cf. figure 17 ci-dessous) est un affluent de la Lézarde (elle conflue à Montivilliers), dont la superficie totale du bassin versant est de 213 km² et l’altitude moyenne d’environ 100 m. L’amont du bassin versant se trouve sur le plateau de Caux, d’où partent des talwegs secs de pentes faibles (< 2-3 %) qui s’accentuent avec l’encaissement dans le plateau vers l’aval (pentes allant de 5 % pour les talwegs principaux à 15 % pour les talwegs des petits sous bassins de rebord de plateau) pour rejoindre les fonds de vallée aux cours d’eau pérennes (la pente moyenne de la Lézarde est de 3,6 ‰) (extrait de Cemagref - Fiche retour d’expérience, 2005).

Figure 17 : le bassin versant de la Curande (2082 ha), affluent de la Lézarde (213 km2)

La géologie du plateau de Caux est caractérisée par une épaisseur importante de limons et d’argiles à silex sur la craie. Les problèmes d’érosion peuvent donc entraîner des ravinements. Le bassin versant est karstique (craie) et comporte de nombreuses bétoires (zones d’infiltrations karstiques). Les cours d’eau pérennes sont alimentés par des sources lorsque le fond des vallons recoupe le niveau de la nappe. Les sols sont très limoneux (loess) et imperméables lorsque la croûte de battance est formée (vitesse d’infiltration de l’ordre de 1 à 3 mm/h).

Bétoires existantes en tête du sous bassin versant de la Curande, au niveau de la plaine du fossé neuf (photo de gauche), et en en limite avec le bassin versant A de la Lézarde Nord), à l’entrée du hameau de Marfauville (photo

de droite).

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5.2. - Les désordres constatés La lecture de la liste des événements survenus à l’échelle du bassin versant de la Lézarde établie par Emmanuel Hauchard dans Bassin versant de la Lézarde (CODAH, septembre 2005), témoigne de la « multiplication des événements catastrophiques depuis une vingtaine d’années.

Ce phénomène est lié : - d’une part, à une évolution du système agraire qui se traduit par une augmentation de l’aléa

ruissellement (passage, depuis les années 70, de la polyculture et de l’élevage aux cultures intensives)3 ;

- à l’extension de l’urbanisation à la fin des années soixante dix et surtout dans les années quatre-vingts au niveau d’axes d’écoulements en fond de vallons secs, ou encore des lits majeurs (voire mineurs !) des vallées drainées ».

L’analyse des phénomènes concernée reprise de Bassin versant de la Lézarde (E. Hauchard, CODAH, septembre 2005) figure dans l’Étude bibliographique de trois méthodologies appliquées au risque érosion d’août 2009. On retiendra ici que l’ensemble des talwegs (dès les talwegs d’ordre 1) sont concernés par ces phénomènes de ruissellement, ce qui révèle l’importance, de façon plus générale, de pouvoir fixer, à terme, un seuil de détermination (surface du bassin versant drainé) fonction de la fonction de production des bassins versants concernés. Nous présenterons au chapitre suivant les sites concernés, qui concernent successivement des talwegs d’ordre 1 pour lesquels des aménagements (retenues) ont été réalisés par la CODAH4, la concentration progressive du ruissellement au niveau du talweg principal en amont du hameau de la Randourie (ordre 2), puis du « bourg » de Montivilliers (ordre 3), et enfin la traversée finale du secteur urbanisé dense avant de rejoindre le cour de la Lézarde.

3 Le bassin versant de la Curande est cultivé à 79% (blé, pomme de terre, lin), l’élevage y a complètement disparu. 4 Communauté d’Agglomération du Havre

Liste des événements catastrophiques, bassin versant de la Lézarde (noter la fréquence d’apparition de Montivilliers), E. Hauchard, septembre 2005

19

5.3.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis La figure 18 ci-dessous présente le résultat obtenu au niveau de l’ensemble du bassin versant. La lecture de cette carte nous montre combien l’application de l’algorithme sur un secteur de plaine (ici le plateau Cauchois) est délicate. Pour peu que l’on souhaite mettre en évidence les talwegs d’ordre 1, il convient d’abaisser le seuil de détermination des talwegs (à 20 ha ici), il conduit alors sur le secteur du plateau à une cartographie « diffuse » où le bruitage conduit à sélectionner à sélectionner « l’ensemble » des pixels.

Figure 18 : vue générale du bassin versant de la Curande (bruitage de 1 m)

Les pentes longitudinales de la Curande se situent entre 1 et 1,5 %. Les pentes transversales sont plus fortes : à leur arrivée, les talwegs drainant le plateau présentent des pentes variant de 5 à plus de 20 %, lorsque le lit est encaissé. Au niveau du plateau, les pentes des talwegs d’ordre 1 restent inférieures à 3 % ; ils sont peu « marqués » présentant des pentes transversales très faibles (< 1,5 %). La figure 19 présente le détail de la cartographie obtenue sur les secteurs concernés pour un bruitage de 1 m. On notera de nouveau que l’algorithme testé met bien en évidence les talwegs, y compris d’ordre 1 (cf. talwegs arrivant en rive droite de la Curande en amont de la retenue de la Randourie), pour peu que les pentes transversales soient supérieures à 5 %. Au niveau du bassin de la Clinarderie, la route est effectivement coupée à l’endroit sélectionné : la largeur de l’écoulement est cependant supérieure à 50 m (2 pixel, cf. cartographie obtenue), la clôture aval faisant barrage. Enfin, au niveau de Montivilliers, si l’ensemble du quartier concerné est effectivement sélectionné, l’algorithme met bien évidence la déviation de la Curande par rapport à son axe « originel » .

Montivilliers

axe de la Curande

axe de la Lézarde

20

Bassin versant de la Curande, à l’Est de la RD 311, en amont du hameau des Deux Tilleuls, succession de

retenues sur un talweg d’ordre 1

Bassin versant de la Curande, ouvrage de retenue en amont du hameau de la Randourie (Fontenay). On aperçoit les arrivées des différents (micro)talwegs d’ordre inférieur, équipés de diguettes (et d’ouvrages de fuite)

Montivilliers - surverses des bassins de rétention de Fontenay aval, et de la Clinarderie, bassin versant de

la Curande, décembre 1999 (photo CODAH)

21

Montivilliers, le 26 décembre 1999 - le ruissellement issu du bassin versant de la Curande « passe » la barre d’habitations (rue F. Faure), puis arrivée de l’onde de crue sur la voie SNCF (qui correspond à l’axe « originel », la Lézarde est perchée)

(photos CODAH) Figure 19 : détail des zones concernées (bruitage de 1 m)

Il est intéressant de noter au niveau de la confluence avec la Lézarde que si la zone de confluence avec la voie SNCF est effectivement sélectionnée, l’axe du talweg de la Lézarde semble quitter ensuite la voie SNCF, qui en décembre 1999 jouait le rôle de canal en dérivant une partie des eaux collectées en dehors de cet axe. 5.4.- Calcul d’un indice d’engorgement La figure 20 montre les résultats du calcul d’un indice d’engorgement sur la partie aval du bassin versant de la Curande (seules les valeurs supérieures à λ = 8 sont cartographiées). Les zones de débordement sont effectivement incluses dans les pixels de valeurs λ ≥ 10. Retenir une valeur d’indice supérieure (λ ≥ 11) semble cependant conduire, ici aussi, à ne pas retenir des zones pour lesquelles des débordements ont été constatés. Le calcul de cet indice aboutit à des résultats qui ne nous paraissent pas satisfaisants en vue de pointer des secteurs « à risque » au sein de l’enveloppe sélectionnée.

axe de la Curande

0 500 m

La Lézarde

22

Figure 20 : bassin versant de la Curande (calcul d’un indice d’engorgement)

6.- Petits bassins versants ruraux dans le département du Cher (18) 6.1.- Présentation générale Nous proposons ici de traiter dans leur ensemble 4 bassins versants ruraux de superficies limitées drainés tous par des talwegs d’ordre 1. Il s’agit des bassins versants suivants : - le bassin versant des « Charbonnières » (43,4 ha) à St Amand Montrond (18) ; - les bassins versants du quartier du « Beauséjour » (43,1 ha) et du bourg (74 ha), à Levet (18) ; - les bassins versants des « Galandes» (19 ha) et du centre bourg (25,7 ha), à St Martin-d’Auxigny

(18) ; - un bassin versant (31,5 ha) à Verdigny (18). Ces bassins versants ont fait l’objet d’un retour d’expérience en vue d’analyser le comportement hydrologique de petits bassins versants ruraux péri-urbain (< 1 km2) situés en région Centre (Ruissellement péri-urbain. Retours d’expériences en région Centre. J.C. Jouanneau et S. Piney, 22 p. janvier 2005). L’ensemble des événements à l’origine des désordres constatés correspondaient à des

23

événements intenses estivaux qui ont eu lieu en juin 2003 et juillet 2004. Le tableau ci-dessous présente une synthèse de leurs caractéristiques.

Bassin versant Pluviométrie

Nom Surface (ha)

Pente (%) Couverture Temps de concentration

(mn)

Caractéristiques pédologiques et géologiques

Intensité prise en compte

Période de retour correspondante

pour la durée prise en compte5

St Martin d’Auxigny

“les Galandes »

19 ha

fortes : de 4 à 11%

Prairies et cultures. Sols couverts lors de

l’événement.

15 mn

En amont du bassin versant : - sols limoneux, sensibles à la

battance - substrat argileux de

perméabilité faible.

100 mm/h

T = 100 ans (pour t = 15 mn)

Levet

« Beauséjour »

40 ha

faible : 0,8 %

Parcelles de culture céréalières. Bois en

tête du bassin versant. Parcelles

nues lors de l’événement.

30 mn

Sols à textures dominantes limoneuse et argileuse, relativement imperméables, peu sensibles à la battance.

Substrat offrant a priori une bonne perméabilité.

96 mm/h

T > 100 ans (pour t = 30 mn)

St Amand-Montrond

« Les Charbonnières »

43 ha

forte : 10 %

Bois

10 mn

Sol à texture dominante sableuse recouvrant un substrat de nature argileuse à faible profondeur. Sols saturées suite aux événements pluviométriques précédents.

100 mm/h

T = 100 ans (pour t = 15 mn)

Verdigny 31,5 ha forte : 11 % Vignes < 10 mn Sol caillouteux calcaire sur formation marneuse imperméable.

105 mm/h T = 50 ans (pour t = 12 mn)

Tableau 3 : caractéristiques des bassins versants étudiés Aussi compte tenu de la faible taille des bassins versants concernés (< 43 ha), et de leurs fortes pentes excepté pour le secteur de Levet, le calcul d’un indice d’engorgement ne saurait sélectionner des zones critiques au niveau des enveloppes sélectionnées, sur la base de l’échelle précédemment retenue (λ ≥ 8 pour I < 1,4 % avec A = 43 ha). Nous réaliserons en conséquence une cartographie de l’indice d’engorgement sur le seul secteur de Levet.

Figure 21 : les bassins versants des « Galandes» (19 ha), du « cimetière » (14 ha) et du centre bourg (25,7 ha), à St Martin-

d’Auxigny (18)

Figure 22 : les bassins versants du quartier du « Beauséjour » (43,1 ha) et du bourg (74 ha), à Levet (18)

5 en prenant comme référence la station pluviométrique de Bourges [1957 - 2003].

24

Figure 23 : le bassin versant des « Charbonnières » à St Amand Montrond (18) : 43,4 ha

Figure 24 : bassin versant (31,5 ha) de Verdigny (18)

6.2.- L’utilisation de la boite à outil « Calculs réseaux » du CETE Méditerranée sous ArcGis

6.2.1.- St Martin-d’Auxigny (18)

Figure 25 : bruitage de 1m sur St Martin-d’Auxigny (le seuil a été abaissé ici à 10 ha, compte tenu de la

surface du bassin versant des Galandes)

25

Les figures 26 et 27 ci-dessous présentent la comparaison des zones de débordements constatés au niveau du lotissement des Galandes et du centre bourg, et des zones effectivement sélectionnées. Au niveau du lotissement des Galandes, les secteurs sont mis en évidence de façon satisfaisante : alors que le bassin versant est de taille très réduite, l’abaissement du seuil de détermination à 10 ha permet de sélectionner l’ensemble des mailles concernées. Encore une fois, c’est le caractère relativement marqué du talweg (pente transversale de l’ordre de 10 % sur la base du Scan 25) qui conduit à une si satisfaisante sélection.

Photos n°2 et 3 (cf. schéma ci-contre)

Figure 26 : le bassin versant des Galandes à St Martin-d’Auxigny (comparaison des zones de débordement

constatées et de la cartographie obtenue) Au niveau du centre bourg, on remarquera là aussi un résultat satisfaisant avec une mise en évidence effective des zones concernées dans le tissu urbain dense du bourg (là aussi un talweg relativement marqué draine le secteur, avec des pentes transversales supérieures à 7,5 % sur la base du ©Scan25). Par contre, la captation par la rue principale, par interception, du ruissellement en amont du bourg ne saurait être mis en évidence. De même, on remarquera au niveau du ruisseau d’Auxigny réceptacle de l’ensemble des talwegs transversaux, une cartographie peu satisfaisante : le lit mineur apparaît pour partie à l’extérieur de la zone sélectionnée. On rejoint ici la recommandation d’aboutir à une largeur minimale de « 3 mailles » telle que préconisée au niveau du chapitre 4. (figure 16).

26

Figure 27 : le centre bourg à St Martin-d’Auxigny (comparaison des zones de débordement constatées et de la

cartographie obtenue)

6.2.2.- Levet (18)

Figure 28 : cartographie générale obtenue sur la commune de Levet (bruitage de 1 m)

ruisseau d’Auxigny

27

Les figures 29 et 30 présentent les cartographies obtenues sur le quartier « Beauséjour » et au niveau du bourg de Levet. Sur la base du ©Scan25, les pentes transversales varient de 1,5 à 3% pour ces deux bassins versants. Compte tenu du caractère de plaine du secteur, la méthodologie, appliquée avec un bruitage de 1 m, conduit à retenir des zones relativement diffuses : on retrouve ici des résultats comparables à ceux observés sur Cesny-aux-Vigne et le plateau Cauchois : le bruitage de 1 m conduit à sélectionner des enveloppes importantes, voire même à sélectionner des pixels situés en « crête » (toute relative !) de bassin versant (cf. limite sud du bassin versant du quartier Beauséjour).

Figure 29 : le bassin versant de Beauséjour à Levet (comparaison des zones de débordement constatées et de la cartographie obtenue)

Figure 30 : le bassin versant du bourg à Levet (comparaison des zones de débordement constatées et de la

cartographie obtenue) La figure 31 présente les résultats obtenus au niveau du centre bourg de Levet (le long de la RN 144), pour lequel la zone de débordement constatée est effectivement cartographiée.

« 50 cm d’eau sur la RN 144 entre la place de l’Église

et la route de Châteauneuf » (NRCO du 26/07/04) Figure 31 : la RN 144 à Levet, l’événement du 23 juillet 2004 (photo Le Berry Républicain, 24/07/2004)

RN 144 de la place de l’Église à la route de

Châteauneuf

28

Si les zones de débordement constatées au niveau des 3 secteurs décrits ci-dessus, apparaissent effectivement mises en évidence au niveau d’un calcul d’engorgement (λ ≥ 8), le calcul de cet indice basé, pour la surface affectée à chaque pixel, à celle calculée via la méthodologie précédente avec un bruitage de 1 m, conduit à retenir une sélection sans doute trop large sur les deux bassins versants étudiés (figure 32).

Figure 32 : calcul d’un indice d’engorgement sur la commune de Levet (18)

6.2.3.- St Amand-Montrond (18) « Un violent orage a éclaté hier après-midi, vers 16h15, sur Saint Amand, dans le secteur bien localisé des Grands-Villages. En quelques minutes, l’eau descendant à gros bouillons de la forêt de Meillant a inondé les rues Jean Moulin, du Pondy, chemin d’Arpheuilles, du Limousin et de Guéret. Dans cette rue, l’eau a atteint jusqu’à 60 cm de hauteur (…) », nous indique le Berry Républicain (édition du 03/05/04). L’ensemble des secteurs concernés sont bien mis en évidence au niveau de la cartographie présentée en figure 33, et en particulier, les secteurs inondées de rue de Guéret et du Limousin, pourtant situés sur un talweg secondaire qui draine le même secteur de production (lieu dit « les Charbonnières » au niveau de la forêt de Meillant).

29

Figure 33 : bruitage de 1 m sur St Amand-Montrond (quartier des Grands-Villages)

6.2.4.- Verdigny (18) Le bassin versant de Verdigny (18) se situe dans le Sancerrois. Couvert de vignes, ce bassin versant semble l’objet récurent de phénomènes de ruissellements et de coulées de boues, comme en témoigne l’article de La Nouvelle République (édition du 24 et 25/07/2004) : « les flots de boue ont soulevé les plaques d’égouts, les petites rues ont vite été submergées, la boue s’est infiltrée dans las caves et dans les cours.(…) « La dernière inondation, c’était le 20 août 2002 et à chaque fois c’est pareil ! » ».

Figure 34 : bruitage de 1 m à Verdigny (18), dans le Sancerrois

chemin d’Arpheuilles

rue de Guéret

rue de Limousin

rue du Pondy

rue Jean Moulin

30

Si la cartographie précédente permet de bien mettre en évidence les talwegs naturels, il reste que sur ce secteur la trame viaire (bétonnée et adoptant un profil en V !) joue un rôle important de captation du ruissellement et de cheminement vers le bourg, comme l’a souligné le retour d’expérience mené en janvier 2005. Ces « nouvelles » zones de concentration du ruissellement, mise en évidence au niveau de la cartographie de l’aléa (figure 36, « ravinement et ruissellement sur versant » V1 (aléa faible) à V3 (aléa fort et très fort)), ne sauraient être cartographiées via la méthodologie précédente.

Figure 35 : vue de détail présentant l’ensemble des chemins

(bétonnés !) couvrant le bassin versant, interceptant le ruissellement de versant

Figure 36 : cartographie de l’aléa figurant au niveau de l’annexe 1.1.2. de l’arrêté préfectoral du 1er/02/06 (PPRN du Sancerrois)

(Cedrat Développement, avril 2004)

31

CONCLUSION A l’issue de l’application de la méthodologie de cartographie développée par le CETE Méditerrannée, au niveau de talwegs de premiers ordres (ordres 1 à 3), il nous semble possible de tirer les premiers enseignements suivants : la largeur de la zone cartographiée est directement liée au caractère « marqué » du talweg concerné.

La classification de ce niveau « d’encaissement », qui permettait d’évaluer la valeur du bruitage à retenir, est à évaluer dans une zone proche de l’axe du talweg concerné, et ne saurait être déterminée via le calcul de pentes transversales sous ©Scan25. Compte tenu de l’actuelle densité planimétrique du MNT issu de la BD TOPO® (25 m), et de l’ordre de grandeur des largeurs inondées au niveau des talwegs de premiers ordres, nous préconisons de retenir une largeur minimale de « 3 mailles » pour les talwegs cartographiés (de ≈ 70 à 106 m, cf. figure 16). S’il nous paraît possible de fixer une valeur basse de bruitage (≥ 1 m), la borne supérieure dépend directement de l’hydrologie locale (« crues morphogènes »). Ainsi, si sur la base de premiers retours d’expériences menés en Seine Maritime (cf. annexe n°1), la plage de bruitage [1 à 2 m] pourrait être a priori retenue, des valeurs supérieures ne nous semblent pas à écarter. Cependant, on notera alors que les talwegs concernés seront le plus souvent de largeur inférieure à la valeur basse retenue (« 3 mailles »). Il nous semble ainsi possible de pouvoir énoncer, pour les talwegs de premiers ordres, en « régions tempérées », l’hypothèse suivante en terme de cartographie (à confirmer !) : adopter un bruitage de 1 m, avec une largeur minimale de « 3 mailles » (cf. figure 16) ;

Si on a vu, que pour le bassin versant de la Curande (76) il convenait d’adopter un seuil minimal de

20 ha en vue de cartographier des talwegs à risque, tandis que pour d’autres un seuil de 50 ha apparaissait suffisant (St Laurent-de-Condel (14)), il nous semble cependant que la valeur basse de 20 ha puisse être préconisée et généralisée (seuls les talwegs drainant un bassin versant de surface totale au moins égale à 20 ha seront alors cartographiés). Sans doute, en vue d’aboutir à un outil plus « sélectif », conviendrait-il d’adopter un seuil de détermination lié à la fonction de production du bassin versant ; on a vu cependant les difficultés correspondant à son évaluation (cf. rapport bibliographique), et, sans doute, dans le cadre d’une cartographie généralisée à l’échelle départementale le seuil précédent pourrait-il être adopté en première approche ;

La méthodologie testée n’apparaît pas satisfaisante au niveau des zones de plaine ; nous ne sommes

cependant pas parvenus à déterminer une classification (en terme de pente transversale, cf. ci-dessus) permettant de limiter son application. Compte tenu de la précision altimétrique de la BD TOPO®, il n’est aussi guère envisageable de descendre sous une valeur de bruitage de 1 m. Une première piste pourrait être d’adopter un second critère correspondant à un seuil de surface drainée propre à chaque maille (sans bruitage), ce qui permettrait déjà d’éviter de sélectionner les lignes de « crêtes » sur ces secteurs de plaine (seuil au minimum…de 625 m2, 1 ha ?!) ;

On a vu que la méthodologie testée ne saurait cartographier des secteurs pour lesquels la trame viaire

capte le ruissellement, ou ceux où est intervenue une déviation du cheminement naturel de l’écoulement, modifications susceptibles de générer des inondations sur des secteurs non mis initialement en évidence ; cependant pour un événement hydrologique plus rare que celui pour lequel ces aménagements ont été dimensionnés, l’écoulement retrouvera son cheminement « initial » : à ce titre la cartographie présentée présente un intérêt majeur ;

Enfin, au regard des résultats précédents, nous sommes réservés quant à l’utilisation d’un indice

d’engorgement, même pour une utilisation restreinte visant uniquement à « pointer » des secteurs à risque : une analyse de l’impact des unités utilisées pour le calcul de la surface et de la pente sur la plage des valeurs obtenues, pour la gamme de surfaces traitées, permettrait, peut-être, d’améliorer la « sélectivité » des mailles issue de l’utilisation d’un tel indice.

A Blois, le 9 mars 2010 Stéphane PINEY, LRPC de Blois

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ANNEXE N°1

Intégration du risque inondation dans les documents d’urbanisme. Eléments de méthodologie à partir de l’expérience de l’AREAS en Hte Normandie. D. Clément et J.F. Ouvry, mars 2009

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