Etude du ruissellement de surface dans

la région de Lyss (Berne)

Travail de recherche

Département des Géosciences

Université de Fribourg

Mai 2015

Mayoraz Guillaume Superviseurs :

Chemin de Gravelone 12 Benno Staub

1950 Sion Prof. Reynald Delaloye

II

Résumé

Le ruissellement de surface est un phénomène relativement peu étudié en

Suisse qui mérite d’être plus approfondi. Ce travail est une mise en valeur des

connaissances actuelles sur le phénomène et une illustration pratique de deux

méthodes d’analyse du processus : la modélisation numérique du bureau geo7

AG et l’analyse de terrain. Il se focalise sur les zones de Dreihubel et de

Busswil bei Büren dans la commune de Lyss (Berne). La première méthode

donne un aperçu général des zones potentiellement exposées au ruissellement

dans les deux zones. Elle indique les directions d’écoulement et les surfaces

d’accumulation. La deuxième approche est plus précise car elle estime

localement les débits ruisselés et les hauteurs d’eau pour différents secteurs

des zones précitées. Les résultats mettent en évidence la variabilité de

l’intensité du phénomène en fonction de différents scénarii. De plus, ils

soulignent non seulement l’importance des particularités locales du terrain

dans la dynamique de l’écoulement mais encore la multitude des mécanismes

de formation possibles dans un même secteur. De manière générale, cette

étude s’intéresse aux conséquences du ruissellement de surface en montrant

notamment comment une mauvaise conception des infrastructures humaines

peut accentuer le phénomène. Elle propose aussi des solutions pratiques et

des recommandations qui peuvent servir d’exemple pour d’autres communes.

Mots-clés : ruissellement, modélisation, terrain, débit, hauteur d’eau

III

Table des matières

Résumé ................................................................................... I I

Table des matières .................................................................. I I I

Table des figures ..................................................................... VI

Table des tableaux ................................................................. VIII

1. Introduction .......................................................................... 1

2. Bases théoriques ................................................................... 3

2.1. L’ infi ltration .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1. Indicateurs d’analyse et de représentation de l’infiltration .......................... 3

2.1.2. Facteurs influençant l’infiltration ................................................................... 4

2.1.2.1. Type de sol ......................................................................................................... 4

2.1.2.2. Etat de la surface du sol ..................................................................................... 5

2.1.2.3. Couverture du sol ............................................................................................... 6

2.1.2.4. Topographie ...................................................................................................... 7

2.1.2.5. Intensité et durée de la pluie ............................................................................. 7

2.1.2.6. Teneur en eau initiale du sol .............................................................................. 7

2.1.2.7. Gel ...................................................................................................................... 8

2.2. Le ruissellement de surface .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1. Mécanismes de formation du ruissellement de surface ............................... 9

2.2.1.1. Ruissellement par dépassement de la capacité d’infiltration ............................. 9

2.2.1.2. Ruissellement de surfaces saturées .................................................................. 11

2.2.1.3. Ruissellement de surfaces imperméables ........................................................ 13

2.2.2. Ruissellement sur sol gelé .......................................................................... 14

2.2.3. Le développement du ruissellement .......................................................... 14

3. Présentation de la région d’étude ......................................... 16

3.1. Topographie et géologie .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2. Climat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2.1. Généralités ................................................................................................. 17

IV

3.2.2. Précipitations intenses et temps de retour ................................................. 19

3.2.3. Grêle ........................................................................................................... 21

4. Méthodologie ..................................................................... 22

4.1. Modélisation du ruissellement de surface .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1.1 Démarche .................................................................................................... 23

4.1.2. Résultat ....................................................................................................... 24

4.2. Méthode d’analyse de terrain .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.2.1. Démarche ................................................................................................... 25

4.2.2. Paramètres mesurés ................................................................................... 27

4.2.2.1. Débit ................................................................................................................ 27

4.2.2.2. Hauteurs d’eau ................................................................................................. 29

4.2.3. Résultats ..................................................................................................... 29

4.2.3.1. Tableau de calcul ............................................................................................. 29

4.2.3.2. Cartographie .................................................................................................... 30

5. Etude du ruissellement de surface ........................................ 31

5.1. Choix des zones d’étude .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.1.1. Caractéristiques des zones ......................................................................... 32

5.1.1.1 Zone 1 ............................................................................................................... 32

5.1.1.2 Zone 2 ............................................................................................................... 32

5.2. Analyse des résultats de la modélisation numérique .. . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5.2.1. Scénario ...................................................................................................... 32

5.2.2. Interprétation des résultats ......................................................................... 33

5.3. Analyse locale du ruissellement sur le terrain .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.3.1. Secteurs ...................................................................................................... 34

5.3.2. Scénarii ....................................................................................................... 37

5.3.3. Paramètres des sections de mesure ........................................................... 38

5.3.4. Analyse des résultats .................................................................................. 39

5.3.4.1. Secteur A Lyss .................................................................................................. 39

5.3.4.2. Secteur B .......................................................................................................... 41

5.3.4.3. Secteur C .......................................................................................................... 43

V

5.3.4.4 Secteur A Busswil .............................................................................................. 44

5.3.4.5. Secteur B Busswil ............................................................................................. 46

5.3.5 Synthèse ...................................................................................................... 48

5.3.6 Mécanismes de ruissellement possibles ...................................................... 50

6. Eléments de discussion ........................................................ 52

6.1. Choix des coeff icients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.2. Méthodes .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.2.1 Méthode de modélisation numérique ......................................................... 53

6.2.2. Méthode d’analyse de terrain ..................................................................... 53

6.3. Mesures de protection .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.3.1. Milieu urbain ....................................................................................................... 54

6.3.2. Milieu rural .......................................................................................................... 56

7. Conclusion .......................................................................... 57

8. Bibliographie ...................................................................... 58

9. Annexes .............................................................................. 65

Annexe 1 : carte de la commune de Lyss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Annexe 2 : carte des zones d’étude .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Annexe 3 : tableaux des coeff icients de ruissellement (C) . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Annexe 4 : graphique des vitesses d’écoulement .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Annexe 5 : surface d’accumulation (pente <3%) et d’écoulement (pente

>3%) des deux zones d’études, résolution 5m (Swisstopo, 2015c). . . . . 69

Annexe 6 : carte des sols et du réseau hydrographique de la zone 1 . 70

Annexe 7 : carte des sols de la zone 2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Annexe 8 : résultat de la modélisation de geo7 AG ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Annexe 9 : carte des secteurs de la zone 1 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Annexe 10 : carte des secteurs de la zone 2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Annexe 11 : cartes de l ’analyse locale du ruissellement par secteurs 75

Annexe 12 : tableaux de calcul du débit par secteurs et par scénari i 79

Annexe 13 : tableau synthétique des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

VI

Table des figures

Figure 1 : la capacité d’absorption est décroissante dans le temps. fo est la capacité

d’infiltration initiale et fc la capacité d’infiltration maximale (Rivard, 1998). .................. 4

Figure 2 : capacité d’infiltration d’un sol compacté (croûte) et d’un sol poreux (Musy, 2005). .............................................................................................................................. 5 Figure 3 : phases de dégradation de la surface du sol par battance (Roche, 2012). .. 6

Figure 4 : croûte de battance dans un champ ( Dore, T). ............................................ 6

Figure 5 : capacité d’infiltration pour différents types de sols (Brooks et al., 2012). ... 8

Figure 7 : début d’un ruissellement hortonien lors d’une averse intense

(frontgewitter.de, 2014). ............................................................................................... 11

Figure 9 : les deux mécanismes de formation du ruissellement de surfaces saturées.

L’eau ruisselle à la fois par exfiltration et par contribution de la pluie (Hingray et al.,

2009). ............................................................................................................................ 12

Figure 10 : impact de l’urbanisation sur le débit et la vitesse du ruissellement

(Environnement Canada, 2013). ................................................................................... 13

Figure 11 : ravines formées par l’érosion du sol à la suite d’un ruissellement

concentré (agriculture.ch, 2011). .................................................................................. 15

Figure 12 : carte géologique au 1 : 200'000 de la région d’étude (Swisstopo, 2015a).

...................................................................................................................................... 16

Figure 13 : climatogramme de Bienne/Biel (334m) pour la période 1981-2010

(modifié d’après MétéoSuisse, 2015a). ........................................................................ 18

Figure 14 : modélisation du ruissellement de surface pour la région de Wierezwil

(Canton de Berne) et comparaison du résultat avec un événement répertorié (geo7

AG, 2010). .................................................................................................................... 24

Figure 16 : exemple de représentation du résultat sur une carte au 1 :5000. En

rouge : les surfaces contributives. En bleu : les directions d’écoulement. Les points

rouges représentent les points de mesures. Les valeurs indiquées en noir sont la

hauteur d’eau et le débit minimal et maximal (Rüttiman et Egli, 2010). ...................... 30

Figure 17 : dépotoir construit en amont de la zone d’habitation (Google, 2015). .... 33

Figure 18 : début de la mise en terre du Mööslibach. .............................................. 34

Figure 19 : surface d’accumulation du secteur B. ...................................................... 35

Figure 20 : provenance des écoulements avant la zone d’habitations. ..................... 36

Figure 21 : surface d’accumulation dans le sous-voie (Google, 2015). ..................... 40

Figure 22 : pente raide du secteur A (Google, 2015). ............................................... 41

VII

Figure 23 : surface d’écoulement le long de la route avec risque de débordement

sur la gauche. ............................................................................................................... 42

Figure 24 : dévers de la route qui dirige l’écoulement vers la droite (Google, 2015).

...................................................................................................................................... 43

Figure 25 : direction d’écoulement sur la route et zone de déversement possible

(Google, 2015). ............................................................................................................. 44

Figure 26 : habitations situées en contrebas de la route (Google, 2015). ................. 44

Figure 27 : concentration du ruissellement dans la partie aval du secteur. ............... 46

Figure 28 : entrée de garage d’une habitation située en contrebas de la rue. ......... 46

Figure 29 : remblai artificiel qui dévie l’écoulement en direction des habitations. ... 47

Figure 30 : passage de l’écoulement au travers des habitations. ............................. 48

Figure 31 : ruissellement devant l’habitation où du fumier est entreposé (Google,

2015). ............................................................................................................................ 48

Figure 32 : urbanisation de la zone de Dreihubel en 1976 (Swisstopo, 2015d). ....... 51

Figure 33 : urbanisation de la zone de Dreihubel en 2011 (Swisstopo, 2015d). ....... 51

Figure 34 : bassin de rétention avec évacuateur de trop plein à Lyss. ...................... 55

Figure 35 : voie d’eau végétalisée dans un champ (Guillou, 2008). .......................... 56

VIII

Table des tableaux

Tableau 1 : tableau des valeurs mensuelles des températures , des précipitations et

des cumuls de précipitations maximum pour Bienne/Biel (modifié d’après

MétéoSuisse, 2015a, 2015b, 2015d)……………………………………………………….18

Tableau 2 : cumuls de pluie sur 10 minutes avec les écarts types positifs et négatifs

possibles pour différents temps de retour sur le Plateau (modifié d’après Naef et

Horat, 2000)……………………………………………………………………………….......19

Tableau 3 : « hit-parade » des cumuls de pluie sur 10 minutes à la station de Lyss

pour la période 1996-2002. Les valeurs sont comptabilisées sur les dix minutes qui

suivent l’heure indiquée (adapté de OED, 2015)………………………………………....20

Tableau 4 : paramètres des sections de mesure pour chaque secteur……………….39

     

1

1. Introduction

En Suisse, les inondations sont les principales causes des dommages aux

infrastructures. Elles représentent 71% des sinistres pour la période 1973-2011.

(Swiss Re, 2012) dont la moitié sont causés par les ruissellements superficiels.

(geo7, 2010) La loi recommande aux cantons de publier des cartes de dangers

« crues », mais pour l’instant, elles ne prennent pas en compte le processus de

ruissellement de surface. (UDN, 2013) Certains cantons, comme Berne ou

Zurich, intègrent cependant quelques indications mais à simple titre indicatif.

Quant à l’association des établissements cantonaux d’assurance incendie, elle

n’offre que des recommandations de protection. Il y a donc une lacune en

matière de cartographie du phénomène.  A l’avenir, les défis à relever seront potentiellement plus importants. En effet, il

faut s’attendre à une augmentation des surfaces exposées en raison de

l’urbanisation croissante des territoires et d’une possible intensification des

précipitations causée par le réchauffement climatique. Par conséquent, au vu

des lacunes législatives au niveau cantonal et fédéral, les communes doivent

prendre elles-mêmes des mesures en matière d’analyse, de protection et de

prévention du ruissellement de surface.  Le présent travail traite de l’analyse du ruissellement de surface dans la région

de Lyss en Suisse. Il a pour objectif de vérifier sur le terrain les résultats de la

modélisation du bureau d’étude geo7 à Berne. Aussi, il se veut comme un

exemple d’application d’une méthode locale d’analyse pour les communes qui

souhaiteraient connaître l’aléa du ruissellement de surface. Cette étude vise

également à transmettre des connaissances germanophones à la Suisse

romande car il n’y a actuellement que très peu de littérature spécifique en

français à ce sujet. Les seuls documents existants sont ceux des établissements

cantonaux d’assurance incendie mais il ne s’agit là que de recommandations.

Une meilleure prise en considération de ce sujet est donc nécessaire à l’avenir

pour mieux y faire face.  La première partie de ce travail est une synthèse de la problématique du

ruissellement de surface. Elle vise à répondre à des questions d’ordre général à

savoir : qu’est-ce que le ruissellement de surface ? Quels sont les paramètres

2

qui l’influencent et comment se forme-t-il ? Elle aborde notamment la notion

d’infiltration et les facteurs qui la régissent. Elle présente également les

mécanismes de formation du ruissellement, son développement et le cas

particulier du ruissellement sur sol gelé.

La deuxième partie présente tout d’abord de manière générale les

caractéristiques topographiques, géologiques et climatiques de la région de

Lyss. Ensuite, elle aborde deux méthodes qui permettent de quantifier et de

cartographier le ruissellement de surface: la méthode numérique de

modélisation de geo7 AG (2010) et la méthode d’analyse locale de Rüttiman et

Egli (2010) qui permet de calculer les hauteurs d’eau et les débits ruisselés en

différents endroits.

Finalement, la troisième partie est une analyse locale du ruissellement à Lyss

d’après les deux méthodes proposées. Elle débute par une présentation de

deux zones d’études spécifiques (Lyss et Busswil). Puis, elle interprète les

résultats de la modélisation du bureau geo7 AG pour la zone de Lyss. Enfin,

elle illustre concrètement un analyse locale du ruissellement d’après la

deuxième méthode en tentant de répondre aux questions suivantes : en quoi

certains secteurs sont plus exposés que d’autres dans une même zone

d’étude ? Quels sont les débits et les hauteurs d’eau mesurées ? Pourquoi la

zone est-elle exposée ? Quelles sont les conséquences de ce phénomène pour

les infrastructures ? Différents secteurs seront ainsi étudiés dans les deux zones

d’études selon différents scénarii. Enfin, la dernière partie ouvre une discussion

sur les résultats et les méthodes utilisés. Elle aborde également les mesures de

protection et d’atténuation qui peuvent être appliquées.

3

2. Bases théoriques

Ce chapitre présente les éléments théoriques nécessaires à la compréhension

de la problématique. Le chapitre 2.1 se focalise sur le processus d’infiltration.

Le chapitre 2.2 aborde plus en détail le phénomène du ruissellement de

surface.

2.1. L’ infi ltration

L’infiltration se définit comme étant le processus d’absorption de l’eau par les

couches superficielles du sol qui se produit lorsqu’il y a des précipitations ou

une submersion. Il s’agit d’un élément essentiel à la compréhension du

processus de ruissellement car c’est lui qui détermine son ampleur (Rivard,

1998). Son analyse permet donc de déterminer la part restante des

précipitations qui entraîne le ruissellement de surface. Ce sous-chapitre

présente tout d’abord les indicateurs d’analyse et de représentation de

l’infiltration (2.1.1), puis il s’articule autour des facteurs qui influencent

l’infiltration (2.1.2) et finalement, aborde le cas particulier des sols gelés (2.1.3).    

2.1.1. Indicateurs d’analyse et de représentation de

l’ infi ltration

Trois paramètres essentiels sont utilisés pour décrire le flux d’eau qui pénètre

dans le sol. Il y a tout d’abord la conductivité hydraulique K, exprimée en m/s-1,

qui représente l’aptitude d’un milieu à laisser passer un fluide. (Musy, 2005)

Elle dépend principalement de la porosité du sol (micropores, macropores).

(Calvet, 2003) La conductivité augmente à mesure que la teneur en eau du sol

s’élève jusqu’à atteindre la conductivité hydraulique à saturation Ks. Cette

deuxième notion correspond au flux d’eau constant en [mm/h] ou [m/s] qui

transite lorsque le milieu est saturé. La capacité d’infiltration est la dernière

notion élémentaire. Elle se définit comme « le flux maximal que le sol peut

absorber pendant une période déterminée » (Anctil et al., 2012 : 112) et se

mesure en [mm/h]. Elle n’est cependant pas immuable et diminue avec le

temps comme le montre la figure 1.    

4

Figure 1 : la capacité d’absorption est décroissante dans le temps. fo est la capacité d’infiltration initiale et fc la capacité d’infiltration maximale (Rivard, 1998).

 La figure 1 représente le modèle d’infiltration de Robert Elmer Horton (1933)

qui est le plus simple pour illustrer le processus. Il présume que la totalité de la

pluie peut s’infiltrer à condition que le sol ne soit pas saturé et que l’intensité

de la pluie ne dépasse pas la capacité d’infiltration, auquel cas une fine couche

d’eau se formerait à la surface et un ruissellement s’initierait. Cependant, il ne

tient pas compte des conditions initiales d’humidité du sol. Il serait dès lors

préférable de se référer au modèle de Green-Ampt (1911) qui intègre ce

paramètre. En effet, ce dernier est basé sur la loi de Darcy qui explique le

mouvement de l’eau dans le sol. Il part du principe que le front humide en

profondeur qui sépare le sol humide du sol sec, varie en fonction de la teneur

en eau initiale du sol (Rivard, 1998).    

2.1.2. Facteurs influençant l ’ infi ltration

2.1.2.1. Type de sol

La porosité et la granulométrie influencent la capacité d’infiltration d’un sol et

plus particulièrement sa conductivité hydraulique. Par exemple, les sols

perméables tels que les graviers, ont une grande perméabilité K, comprise

entre 10-2 et 10-4 m/s-1. Par contre, limons fins et argiles, très peu perméables,

voire imperméables, ont une valeur K inférieure à 10-7 m/s-1 (Calvet, 2003).  

5

2.1.2.2. Etat de la surface du sol

La capacité d’infitration d’un sol est fortement entravée si ce dernier est

compacté en raison d’une surexploitation agricole ou de la formation d’une

croûte de battance (figure 2) (Musy, 2005).

Figure 2 : capacité d’infiltration d’un sol compacté (croûte) et d’un sol poreux (Musy, 2005).  

La croûte de battance se forme par désagrégation de la surface du sol. En

effet, les gouttes de pluie possèdent une certaine énergie cinétique en

fonction de leur taille et de leur vitesse de chute. Elles modifient l’état de la

surface du sol en projetant des particules au loin et les interstices alentours se

bouchent, ce qui rend le sol imperméable (figure 3). Dès lors, après une

averse, la croûte de battance est généralement bien visible (figure 4) (Pech,

1998).

6

Figure 3 : phases de dégradation de la surface du sol par battance (Roche, 2012).

Figure 4 : croûte de battance dans un champ ( Dore, T).

Ce phénomène affecte surtout les sols des régions semi-arides et les surfaces

agricoles en raison de leur faible couvert végétal. En outre, les sols limoneux

sont particulièrement exposés lorsqu’ils ont des carences en argile et humus.

Néanmoins, la battance ne peut se produire que lorsque l’intensité d’une

averse est comprise entre 30 et 40 mm/h (Roche, 2012).  

2.1.2.3. Couverture du sol

La végétation favorise en premier lieu l’infiltration, car les racines créent des

macropores qui augmentent la conductivité hydraulique du sol. Elle peut

d’ailleurs fortement varier en fonction de la densité et du type de végétation.

(Rivard, 1998) La transpiration des plantes diminue également le taux

d’humidité des sols par assèchement. (Nicolas, 2010) Enfin, les feuilles des

plantes ralentissent les gouttes de pluie dans leur chute, ce qui protège le sol

de la battance. (Musy, 2005)  

7

2.1.2.4. Topographie

En général, l’infiltration diminue à mesure que la pente augmente car l’eau

ruisselle sans avoir le temps d’être absorbée. (Nicolas, 2010) Geo7 (2010)

suppose que jusqu’à 36 %, une pente peut absorber totalement la pluie. Entre

26 et 35 %, cette capacité est réduite de moitié et au-delà, elle n’est plus

possible. Elle dépend toutefois de la couverture en végétation du sol. En effet,

pour une même pente, l’infiltration est plus importante sur un sol de forêt que

sur une culture orientée dans le sens de la pente. D’ailleurs, sur ce dernier type

de surface, un faible ruissellement peut se produire même avec une pente de

0.5% (Service de l’environnement, Fribourg, 2013). Cependant, Nicolas (2010)

soutient que l’infiltration augmente avec la pente. En effet, l’érosion

provoquée par le ruissellement incise le sol de façon croissante, ce qui le rend

plus perméable.    

2.1.2.5. Intensité et durée de la pluie

Lorsque l’intensité de la pluie augmente et que le sol est saturé, l’infiltration

augmente aussi. En effet, les pluies de forte intensité et l’eau qui s’accumule

en surface ont tendance à augmenter le flux d’eau dans les macropores (Alaoui

et Weingartner, 2009).  Nicolas (2010) affirme que le régime des précipitations a aussi une influence

sur la capacité d’infiltration du sol car plus une pluie est forte et de courte

durée, plus l’infiltration est réduite. A contrario, une pluie durable avec une

faible intensité favorise l’infiltration pour autant que le sol ne soit pas saturé.    

2.1.2.6. Teneur en eau initiale du sol

La capacité d’infiltration du sol est faible lorsque sa teneur en eau est élevée et

que la conductivité hydraulique atteint sa valeur de saturation, mais elle est

importante lorsque le sol est sec. (Anctil et al., 2012) L’eau pénètrant plus en

profondeur en raison des fissures dans le sol et des forces d’absorption plus

élevées. (FAO, 1990) Le taux d’humidité peut être évalué grâce aux indices de

précipitations antécédentes qui se basent sur la somme pondérée des

quantités de pluie des derniers jours. (Musy,2005)

8

2.1.2.7. Gel

Le gel saisonnier se définit comme étant « la tranche supérieure du sol gelant

pendant l'hiver et dégelant lors du printemps ou de l'été suivant » (Unil, 2009 :

1). En général, sa profondeur de pénétration sur le Plateau est de 80 cm.

(Creabeton, 2011)    Dingman (1975) et Emerson (1993) reconnaissent deux types principaux de gel

saisonnier :    

1. Le gel béton « concrete frost » - le sol est saturé, totalement gelé et il

peut contenir des lentilles de glaces.

2. Le gel granulaire «granular frost » - le sol n’est pas saturé et les petits

cristaux de glace se fixent et se mélangent avec des fragments de sol.  

La capacité d’infiltration dépend essentiellement du taux d’humidité du sol lors

du refroidissement. En effet, s’il est saturé, la glace remplit tous les interstices

du sol, ce qui le rend imperméable. La capacité d’infiltration est alors infime et

constante. Par contre, si le taux d’humidité est plus faible, le sol reste poreux et

sa capacité d’infiltration est croissante. Cette augmentation est due à

l’élargissement des pores lors de la fonte de la glace en cas de précipitations

(figure 5) (Brooks et al., 2012).    

   

Figure 5 : capacité d’infiltration pour différents types de sols (Brooks et al., 2012).

9

 

2.2. Le ruissellement de surface

Ce phénomène se produit lorsque l’eau ne peut pas s’infiltrer dans le sol. Ce

chapitre présente pour commencer les mécanismes de formation du

ruissellement (2.2.1), puis il aborde le ruissellement sur sol gelé (2.2.2). Enfin, la

dernière partie présente le développement du ruissellement (2.2.3).    

2.2.1. Mécanismes de formation du ruissellement de

surface

Pech (1998) distingue trois mécanismes principaux :  

 

1. Ruissellement par dépassement de la capacité d’infiltration

2. Ruissellement de surfaces saturées

3. Ruissellement de surfaces imperméables

 

2.2.1.1. Ruissellement par dépassement de la capacité

d’infi ltration

Ce modèle d’explication est sans doute le plus connu et le plus utilisé en

hydrologie. Développé par Horton en 1945, il démontre qu’un mince filet

d’eau se forme à la surface du sol lorsque l’intensité de la précipitation est

supérieure à la capacité d’infiltration (Pech, 1998). Il se base sur le principe

d’une capacité d’infiltration décroissante du sol avec le temps (cf. chapitre

2.1.1). L’humidité des sols a donc ici une grande influence sur le début du

processus. L’évaluation des conditions d’antécédence d’humidité du sol est

donc importante, car elle permet d’évaluer le temps de submersion (temps

entre le début de l’averse et l’amorce du ruissellement). Ce dernier est ainsi

plus court si le sol est humide et si l’intensité de la pluie est forte. Par

conséquent, tant que l’intensité d’une averse ne dépasse pas la capacité

d’absorption du sol, l’eau pénètre en profondeur. Par contre, lorsque l’intensité

dépasse cette capacité d’absorption, l’excédant d’eau s’accumule en surface et

10

un mince filet d’eau se forme. C’est le ruissellement hortonien. Le volume

d’eau écoulé est alors égal à la pluie nette (pluie qui n’est pas infiltrée) (figure

6) (Musy, 2005).  

 Figure 6 : volume d’eau ruisselé au cours d’une averse en fonction du régime d’infiltration du sol. L’axe y représente à la fois l’intensité de la pluie et la capacité d’absorption [mm/h] (Musy,

2015).  

Le ruissellement hortonien se rencontre principalement dans les régions semi-

arides ou méditerranéennes, car les sols de ces régions possèdent souvent une

faible capacité d’infiltration. En effet, ils sont souvent compactés ou recouverts

d’une croûte avec peu de végétation (Chaponnière, 2005). Des pluies de forte

intensité peuvent alors provoquer un ruissellement très important qui peut

atteindre 80% des précipitations dans certaines régions méditerranéennes.

(Girard et al., 2011) Cependant, dans les régions tempérées, l’intensité des

précipitations peut parfois aussi être supérieure à la capacité d’infiltration des

sols, quand bien même ces derniers ont des taux élevés d’absorption. (Musy,

2005) C’est le cas en été lors d’intenses averses orageuses (figure 7).

11

Figure 7 : début d’un ruissellement hortonien lors d’une averse intense (frontgewitter.de, 2014).

 

2.2.1.2. Ruissellement de surfaces saturées

Ce type de ruissellement se rencontre sous les climats tempérés et humides où

les sols végétalisés ont souvent de bonnes capacités d’infiltration. Il est

provoqué par une saturation des horizons supérieurs du sol et survient

principalement dans les zones hydromorphes où la nappe est proche de la

surface (nappe perchée, nappe temporaire affleurante). Dans un premier

temps, les précipitations abondantes diminuent la capacité d’infiltration des

sols et engendre une remontée du niveau de la nappe (Musy, 2005). Cette

saturation par le bas produit alors un ruissellement de surface saturée (figure

8). L’écoulement se produit à la fois par l’exfiltration de la nappe et par les

précipitations qui tombent sur le sol saturé (figure 9). Dans un deuxième

temps, le filet d’eau peut s’infiltrer dans des zones non saturées plus en aval ou

alors directement rejoindre un cours d’eau. S’il participe à l’écoulement d’une

rivière ce type de ruissellement est appelé ruissellement de surfaces

contributives (Saulnier, 2012).

12

 Figure 8 : ruissellement de surfaces saturées suite à de fortes pluies dans le canton de Zurich

(2008, Schlieren, C.).

 

 

Figure 9 : les deux mécanismes de formation du ruissellement de surfaces saturées. L’eau ruisselle à la fois par exfiltration et par contribution de la pluie (Hingray et al., 2009).

Sous les climats tempérés, les deux types de ruissellement présentés ci-dessus

peuvent se produire à certaines périodes de l’année. En été, c’est

principalement le ruissellement hortonien qui survient car le sol est sec et

l’intensité des pluies dépasse souvent la capacité d’infiltration. Lors des

périodes de précipitations abondantes par contre, il se produit un

ruissellement de surfaces saturées car les sols humides ne peuvent plus stocker

d’eau (Hingray et al., 2009).  

13

2.2.1.3. Ruissellement de surfaces imperméables

L’urbanisation impacte fortement la capacité d’infiltration naturelle des sols. En

effet, les surfaces imperméables (routes, toits, parkings) augmentent

incontestablement le débit d’eau ruisselé et la vitesse de l’écoulement. Le

débit de point est ainsi atteint plus rapidement, son amplitude est plus forte et

le volume d’eau total est plus important (figure 10) (Rivard, 1998). Par

conséquent, le risque de pertes humaines ou dégâts matériels s’accroît

également à mesure que l’urbanisation progresse, si des mesures de

protection ne sont pas prises.  

 

Figure 10 : impact de l’urbanisation sur le débit et la vitesse du ruissellement (Environnement Canada, 2013).

 Le coefficient de ruissellement R est utilisé pour évaluer le degré

d’imperméabilisation d’une surface et pour calculer les débits ruisselés. Il

exprime « la fraction de la pluie qui ruisselle sur une surface donnée » (Brière,

2012 : 231). Sa valeur varie entre 0 et 1. Elle dépend du type de surface, de la

pente du terrain, de l’intensité de la pluie, du taux de saturation du sol et des

éventuelles zones de stockage. (Rivard, 1998) L’annexe 3 fournit des exemples

de valeurs en fonction des caractéristiques du terrain.

Ensuite, il faut savoir que le ruissellement urbain ne provient pas toujours du

ruissellement en surface. En effet, lors d’intenses précipitations de courte

durée, les systèmes d’évacuation peuvent être rapidement saturés car le 80 %

de l’eau de pluie des surfaces imperméables va dans les canalisations. (PNR 61,

2015) En Suisse, le dimensionnement des systèmes d’évacuation des eaux

14

pluviales est calculé sur la base d’une pluie de 10 minutes qui survient tous les

5 ans. (SEn Fribourg, 2013) Pour des événements avec des temps de retour

supérieurs le système est donc surchargé, ce qui provoque des débordements.

Le système ne jouant plus son rôle, l’eau ruisselle en surface. Des inondations

de caves et de rues sont alors possibles. De plus, le déversement des eaux

usées dans les eaux superficielles provoque une pollution des écosystèmes et

menace la santé des personnes. En principe, l’Office fédéral de

l’environnement tolère ces débordements à faible fréquence et sur de courtes

périodes, pour autant que des mesures d’atténuation soient prises (OFEFP,

2002).  

2.2.2. Ruissellement sur sol gelé

Il se produit à la suite de précipitations ou alors de fonte des neiges dans les

régions qui connaissent un gel saisonnier. (Neboit, 1991) Dingman (1975)

affirme que si le sol est gelé en surface, il se produit à la fois un ruissellement

hortonien et de surface saturée.  Le premier cas n’est possible que lorsqu’il y a du « concrete frost » dans le sol.

En effet, comme le sol est saturé et quasi imperméable, l’intensité de la pluie

sera toujours plus grande que la capacité d’infiltration. Par contre si le sol est

formé d’un gel granulaire « granular frost », sa capacité d’infiltration est

suffisante pour ne pas provoquer un ruissellement (Dingman, 1975).  Le deuxième cas est possible dans les deux types de gel dès le moment où la

glace se met à fondre. En effet, le sol n’étant pas totalement imperméable, une

partie de l’eau de pluie peut quand même s’infiltrer. La glace contenue dans le

sol se met alors à fondre et l’eau percole plus en profondeur. Si la nappe est

assez proche, son niveau augmente jusqu’à atteindre la surface du sol. Le

ruissellement qui en découle se fait alors par exfiltration de la nappe

(Dingman,1975).  

2.2.3. Le développement du ruissellement

Le ruissellement discontinu est la première phase du développement du

ruissellement en surface. Il se produit lorsque l’intensité de la pluie dépasse la

capacité d’infiltration du sol. Des flaques superficielles se forment mais l’eau ne

se déplace pas encore. Si la pluie continue, le flaquage s’étend et un réseau de

15

petites rigoles se met en place. Le ruissellement est encore peu énergique car

il atteint seulement 1 à 2 cm de profond pour 20 à 30 cm de large. « Il exerce

une sorte de balayage à la surface du sol, transportant des particules sur

quelques mètres jusqu’au premier obstacle » (IUCN, 1996 : 85). Enfin, si le filet

d’eau prend de la vitesse, il se forme un ruissellement concentré. Il possède

alors une force suffisante pour inciser le sol et creuser des ravines (figure 11)

(IUCN, 1996).    

 

Figure 11 : ravines formées par l’érosion du sol à la suite d’un ruissellement concentré (agriculture.ch, 2011).

16

Dépôts postglaciaires

Moraine du Würm

Drumlin

Moraine Vortoss-Schotter

Molasse du Tertiaire

3. Présentation de la région d’étude

La commune de Lyss est située sur le Plateau suisse, dans le canton de Berne,

proche de l’agglomération de Bienne. Elle inclut la ville de Lyss et la localité de

Busswil bei Büren (cf. annexe 1). Ce chapitre présente tout d’abord la

topographie et la géologie de la région (3.1) puis son climat, avec un focus sur

les précipitations intenses (3.2).

3.1. Topographie et géologie

La ville de Lyss se trouve à 444 mètres d’altitude. Elle est bâtie à la fois sur les

cônes de déjection du Gräntschelbach, du Mööslibach et du Heilbach et sur la

plaine alluviale de l’Ancienne Aar. En effet, tout le cours a été dévié plus en

amont par un canal pour rejoindre le lac de Bienne afin de limiter l’impact des

inondations. A l’Est, la ville est bordée de collines dont l’altitude varie entre

490 et 523 mètres. La localité de Busswil bei Büren se trouve également sur la

plaine alluviale à une altitude de 437 mètres environ. Au sud-est et à l’est,

deux collines d’environ 471 mètres surplombent la ville (Géoportail fédéral,

2015).  

 

Figure 12 : carte géologique au 1 : 200'000 de la région d’étude (Swisstopo, 2015a).  D’après la figure 12, la géologie de la région est peu diversifiée car il y a

essentiellement de la molasse du Tertiaire sur laquelle s’est déposée une

moraine du Würm. Il reste également des traces d’une moraine plus vieille

appelée Vortoss-Schotter qui repose sous celle du Würm. A Busswil bei Büren,

trois drumlins témoignent de cette ancienne période glaciaire. Enfin, la partie

17

ouest est une plaine alluviale remplie de dépôts postglaciaires (Swisstopo,

2015a).

3.2. Climat

3.2.1. Généralités

La commune de Lyss ne possède pas de station météorologique officielle de

MétéoSuisse. Il faut donc se référer à la station de Bienne/Biel (12 km au

nord/ouest de Lyss) pour avoir une estimation des moyennes mensuelles des

températures et des précipitations. Cependant, pour des valeurs de pluie plus

spécifiques à la zone d’étude, l’ancienne station de Lyss et celle encore en

fonction de Kappelen fournissent des données plus précises. La première offre

des valeurs par intervalle de 10 minutes pour la période 1991-2002 et la

deuxième (4.4 km au sud-ouest de Lyss) par intervalle de 10 minutes et 1

minute. (OED, 2015)    

La figure 13 et le tableau 1 présentent les variables climatiques de base pour la

station de Bienne/Biel située à 334 mètres. La température moyenne annuelle

est de 9.9°C pour la période 1981-2010. (MétéoSuisse, 2015a) A Lyss, elle est

probablement quelque peu inférieure car d’une part elle se situe à 444 mètres

environ et d’autre part elle est moins influencée par le lac de Bienne, plus

éloigné. En ce qui concerne les précipitations, le cumul annuel est de 1187

mm. (MétéoSuisse, 2015a) Il s’agit donc d’une région équilibrée ou

modérément sèche en comparaison avec d’autres endroits de Suisse.

(Géoportail fédéral, 2015) Les valeurs sont semblables à celles de Lausanne

(1181 mm) mais beaucoup plus élevées que celles de Sion par exemple (603

mm) pour la même période. Le mois de décembre est le plus pluvieux (117.1

mm) et avril le plus sec (78.8 mm) (MétéoSuisse, 2015a). Les mois d’été sont

aussi humides et plus particulièrement août. Il s’agit de la période orageuse au

cours de laquelle d’importants cumuls de précipitations peuvent tomber en

peu de temps. Enfin, il arrive que certains mois soient beaucoup plus pluvieux

que la moyenne comme le montrent les cumuls mensuels maximaux du

tableau 2. En outre, mars 2001 et septembre 1984 ont présenté les écarts les

plus importants à la moyenne pour la période 1981-2010. (Météosuisse,

2015b)  

18

 

Figure 13 : climatogramme de Bienne/Biel (334m) pour la période 1981-2010 (modifié d’après MétéoSuisse, 2015a).

   

Tableau 1 : tableau des valeurs mensuelles des températures , des précipitations et des cumuls de précipitations maximum pour Bienne/Biel (modifié d’après

MétéoSuisse, 2015a, 2015b, 2015d).

T°#moyenne#(C°)

Précip.#moyenne#(mm)

Précip.#max#(mm)

Ecart#précip.#max#à#la#moyenne#

(%)

Janvier 0.7 101.1 245.4((((((((((1995)

242.7

Février 1.6 87.8 233.9(((((((((1990)

266.4

Mars 5.5 88.9 284.3((((((((((2001)

319.8

Avril 9.5 78.8 173.7(((((((((1986)

220.4

Mai 14 100.1 208.9(((((((((1983)

208.7

Juin 17.4 99.5 203.7(((((((((1990)

204.7

Juillet 19.7 102.3 168.3((((((((((1982)

164.5

Août 18.9 113 257.1((((((((((2007)

227.5

Septembre 14.8 97.3 276(((((((((1984)

283.7

Octobre 10.3 103.7 279.5(((((((((1981)

269.5

Novembre 4.8 97.7 235.8(((((((((2002)

241.3

Décembre 1.8 117.1 276.7(((((((1981)

236.3

Année 9.9 1187 1575.1((((((((1981)

132.7

19

3.2.2. Précipitations intenses et temps de retour

L’analyse des précipitations intenses est utile pour comprendre le processus de

ruissellement et plus particulièrement celui du type hortonien. Pour évaluer les

intensités maximales possibles dans la région, il faut se référer au mandat

16/95 rédigé par l’Union des professionnels suisses de la route. (Naef et Horat,

2000) Ce document donne les intensités de pluie en [mm/h] et leur temps de

retour (probabilité qu’une pluie d’intensité X s’abatte toutes les Y années) pour

différentes régions de Suisse. Les valeurs ont été converties en [mm/10min]

pour se représenter plus facilement les quantités de pluie. Les cumuls de pluie

sur 10 minutes et les domaines d’incertitude pour la région du Plateau sont

représentés dans le tableau 2.

T  retour   0.5   1   2   5   10   20  Ecart  +   8.15   10.57   13.1   16.59   19.66   21.2  

moyenne   7.65   10.11   12.56   15.82   18.3   20.71  

Ecart  -­‐   7.16   9.64   12.01   15.05   16.94   20.22  

Tableau 2 : cumuls de pluie sur 10 minutes avec les écarts types positifs et négatifs possibles pour différents temps de retour sur le Plateau (modifié d’après Naef et Horat, 2000).

 Il est donc possible que d’importantes quantités de pluie s’abattent dans la

région. En comparaison, en Suisse, le record de pluie mesuré en 10 minutes

est de 33.6 mm à Locarno (TI) en août 2003. (MétéoSuisse, 2013) Le tableau 3

illustre quelques-uns des plus importants cumuls de pluie sur 10 minutes

relevés à la station de Lyss entre 1996 et 2002. Les valeurs antérieures ne sont

pas représentées car elles sont disponibles uniquement par intervalles de 24

heures. (OED, 2015) Par conséquent, il est tout à fait possible et même

probable que ce ne soit pas les cumuls les plus importants.

 

20

Date     Heure   Cumul  (mm)  

05.06.00   18:00   10.8  

24.06.02   02:50   10.3  

16.07.02   01:40   9.2  

13.06.00   21:30   8.1  

16.05.97   18:50   7.9  

Tableau 3 : « hit-parade » des cumuls de pluie sur 10 minutes à la station de Lyss pour la période 1996-2002. Les valeurs sont comptabilisées sur les dix minutes qui suivent l’heure

indiquée (adapté de OED, 2015).    

Les deux plus hautes valeurs de cette période correspondent à des temps de

retour annuels. Par ailleurs, un autre événement de précipitation intense a eu

lieu à Kappelen. Le 7 juin 2002, la station a enregistré un cumul de 16.4 mm en

10 minutes. (OED, 2015) D’après le tableau 2, Il s’agit d’une valeur qui est

atteinte au moins une fois tous les cinq ans.

La station de Neuchâtel située à 43 km de Lyss possède des données pour une

période plus étendue d’au moins 30 ans. Elle permet de se rendre compte des

valeurs maximales mesurées dans les alentours. Ainsi, les plus importants

cumuls en 10 minutes au cours de la période 1980-2015 sont 28.9 mm en 10

minutes en août 1983 et 20.3 mm en juin 1996. (MétéoSuisse, 2015c) D’après

le tableau 2, ces valeurs ont un temps de retour nettement supérieur ou égal à

20 ans. En outre, la première valeur est quasi aussi élevée que le record

national de 33.6 mm détenu par Locarno. Ces données montrent donc que des

précipitations très intenses peuvent se produire dans la région de Lyss.

Pour conclure ce chapitre, il est important de retenir que les valeurs peuvent

être parfois sous-estimées ou surestimées. En effet, une bonne mesure des

précipitations dépend non seulement du pluviomètre lui même mais

également de l’environnement dans lequel il est placé. Le vent par exemple

dévie les gouttes de pluie. C’est pourquoi les valeurs peuvent être erronnées

(VSA, 1997).

21

3.2.3. Grêle

La grêle est un facteur qui aggrave le ruissellement lors de fortes

précipitations. En effet, elle obstrue les regards d’évacuation ce qui amplifie les

écoulements en surface.

La région de Lyss est exposée aux chutes de grêle. Stucki et Egli (2007) ont

calculé des diamètres de grêlons minimaux pour différents temps de retour

pour la région du Plateau centre. Chaque année, il est donc possible que des

grêlons de taille supérieure ou égale à 1 cm frappent la région. Ceux dont la le

diamètre est supérieur ou égal à 4 cm ne tombent par contre qu’une fois tous

les 100 ans (Stucki et Egli, 2007).

22

4. Méthodologie

Après avoir défini les deux méthodes utilisées pour quantifier et cartographier

le ruissellement (4.1 et 4.2), ce travail se focalise sur l’analyse du ruissellement

de surface dans la région de Lyss. La démarche débute par une délimitation de

deux zones d’études (Lyss et Busswil) (5.1). Ensuite, il s’agit d’analyser le

ruissellement d’après les résultats de la modélisation du bureau geo7 AG

uniquement pour la zone de Lyss (5.2). Enfin, la dernière partie est une analyse

locale du ruissellement d’après la méthode de Rüttiman et Egli (2010) (5.3). Les

débits et les hauteurs d’eau sont calculés en différents secteurs des deux zones

d’étude pour des scénarii préétablis.

Ce chapitre présente tout d’abord de façon synthétique le principe de

modélisation de geo7 AG (2010) (4.1). Ensuite, il aborde la méthode d’analyse

locale de Rüttiman et Egli (2010) qui est utilisée sur le terrain à Lyss (4.2).

4.1. Modélisation du ruissellement de surface

La méthode de modélisation du ruissellement suivante a été développée par le

bureau geo7 AG à Berne. Elle se base sur l’extension FloodArea HPC du

logiciel ArcGIS. (geomer GmbH, 2014) C’est un modèle hydrodynamique qui

permet notamment d’évaluer les zones inondées, les hauteurs d’eau ainsi que

les directions d’écoulement pour différents scénarii de précipitations. (geomer

GmbH, 2014)    Geo7 AG (2010) préconise tout d’abord d’avoir à disposition les données de

base suivantes pour pouvoir effectuer la modélisation :  1. Un Modèle Numérique de Terrain (MNT) d’une résolution miminale de 2

mètres environ pour la topographie (SwissALTI3D par exemple).

2. Un hyétogramme qui représente l’évolution de l’intensité de la pluie au

cours du temps (Musy, 2005).

3. Un modèle numérique du paysage (SwissTLM/Vector25).

23

4.1.1 Démarche

La modélisation se déroule ensuite en six étapes :    Pour commencer, geo7 AG (2010) suggère de réajuster le modèle numérique

de terrain. En effet, les bâtiments par exemple, ne sont pas présents sur le

MNT mais ils sont des obstacles au ruissellement et doivent donc être intégrés.

Ensuite, les cours d’eau sont rabaissés à une profondeur de 2000 mètres car

dans cette modélisation, les débordements ne sont pas pris en compte. L’eau

qui s’y écoule est considérée comme perdue. Les voies de communication sont

également approfondies de 50 cm puisqu’elles canalisent le ruissellement.

Toutes les autres petites structures (trottoirs, murs) qui modifient l’écoulement

peuvent être ajoutées au MNT, surtout si la modélisation se fait à petite

échelle. Les systèmes d’évacuation des eaux peuvent également être intégrés

pour des événements de temps de retour de moins de 5 ou 10 ans (geo7 AG,

2010).    

La deuxième étape consiste à choisir un scénario de pluie, car le ruissellement

varie en fonction de l’intensité et du régime de précipitation. La simulation

peut ainsi être paramétrée pour une pluie de courte durée ou de longue durée

avec des intensités constantes ou variables. Il est recommandé de prendre des

pluies qui surviennent une fois chaque 50 ou 100 ans. D’une part pour que les

surfaces exposées au ruissellement soient relativement bien visibles, d’autre

part parce que de tels événements sont susceptibles de se produire au moins

une fois au cours de la durée de vie d’une maison (geo7 AG, 2010).    

La troisième étape consiste à simplifier les surfaces du modèle numérique du

paysage en six classes de surfaces : les bâtiments, les surfaces imperméables,

les surfaces agricoles, les jardins, le réseau hydrographique et les forêts. Si les

données sont en format vectoriel, il faut les transformer en format raster pour

que le ruissellement puisse être calculé pour chaque cellule en fonction de ses

caractéristiques (capacité d’absorption, pente, coefficient de rugosité etc.)

(geo7 AG, 2010).    

Il faut ensuite attribuer un volume de stockage à chaque catégorie de surface

en fonction de sa pente. Il est exprimé en [mm] et peut être adapté en fonction

du scénario choisi, notamment si la simulation tient compte des conditions

24

d’antécédence d’humidité. En outre, il faut ajouter un coefficient de rugosité

de Strickler (kST) pour chaque surface. Ce dernier indique en m1/3/s la résistance

d’un liquide en fonction de la surface sur laquelle il s’écoule. (Piégay et al.,

2003) Ce paramètre dépend normalement de la profondeur d’eau mais il est

souvent simplifé car les valeurs varient uniquement en fonction des types de

surfaces. Les routes et autres surfaces imperméables ont des valeurs proches

de 70 m1/3/s alors que les valeurs pour les forêts sont de l’ordre de 4 m1/3/s.

Enfin, lorsque tous les paramètres sont ajustés et le scénario défini, la

modélisation peut être effectuée (geo7 AG, 2010).    

4.1.2. Résultat

Le résultat donne la profondeur d’eau et la direction d’écoulement au format

raster (figure 14). Il est toutefois nécessaire de vérifier les résultats. En se

rendant par exemple sur le terrain pour vérifier si les hauteurs d’eau ne sont

pas surestimées ou sous-estimées et les directions d’écoulement erronées. Il

est par ailleurs conseillé de comparer les zones potentiellement exposées avec

des relevés d’observateurs lors d’événements visibles sur le terrain (traces

d’écoulements, dégâts etc.) (geo7 AG, 2010).  

 

Figure 14 : modélisation du ruissellement de surface pour la région de Wierezwil (Canton de Berne) et comparaison du résultat avec un événement répertorié (geo7 AG, 2010).

25

4.2. Méthode d’analyse de terrain

La deuxième méthode est une analyse à plus petite échelle du ruissellement

de surface. Elle permet de compléter et d’approfondir les résultats obtenus

avec la modélisation de geo7 AG (2010) à des endroits spécifiques. Son

objectif est de déterminer les surfaces contributives, les débits ruisselés ainsi

que les hauteurs d’eau possibles pour différents scénarii de précipitations. Les

points essentiels de la démarche sont résumés ici d’après Rüttiman et Egli

(2010). Il est important de préciser que certaines étapes (cadastre des

événements, analyse du sol) ont été simplifiées ou mises de côté faute de

temps à disposition sur le terrain. Ces changements n’affectent néanmoins pas

la structure des résultats.  

4.2.1. Démarche

La première étape est un inventaire des événements passés. Cette recherche

donne un aperçu général de l’occurrence du phénomène dans la zone étudiée.

Les cadastres des événements et les personnes locales sont ici utiles pour

répertorier les lieux touchés, les dégâts provoqués, les trajectoires

d’écoulement ou même les cumuls de pluie. Dans le canton de Berne, il existe

un cadastre des événements mais qui n’inclut qu’une catégorie générale

« eau » pour les sinistres. En ce sens, il n’est pas possible de faire la distinction

entre des crues ou des événements de ruissellement de surface. Cette étape a

été abandonnée pour ce travail faute de moyens à disposition. Par contre, il a

tout de même été possible d’avoir des exemples d’événements de

précipitations intenses grâce aux relevés pluviométriques des stations de Lyss

et de Kappelen ( cf. chapitre 3.2.2) (Rüttiman et Egli, 2010).    

La deuxième étape consiste à délimiter les surfaces contributives qui menacent

un ou plusieurs objets et les directions d’écoulement (figure 15). Elle se fait

dans un premier temps sur ordinateur grâce aux MNT et aux autres

informations qui peuvent en être extraites (pente, courbes de niveaux). Dans le

cadre de ce travail les surfaces ont été déterminées grâce aux fonctionnalités

du logiciel QGIS. (QGIS, 2015) Ce système d’information géographique

possède des géoalgorithmes qui calculent les directions d’écoulement en

fonction des pentes. Dans un deuxième temps, il faut se rendre sur le terrain

26

pour vérifier ces données, car le modèle ne tient pas compte des petites

structures comme les routes, les rebords ou les habitations qui modifient les

trajectoires de l’écoulement de façon non négligeable (Rüttiman et Egli, 2010).    

Ensuite, lorsqu’une grande surface contributive est délimitée au sens d’un petit

bassin versant, il faut la subdiviser en fonction du type de couverture du sol

(naturelle ou artificielle) et des possibilités de rétention en eau de celui-ci

(figure 15). Pour déterminer les capacités de stockage d’un sol naturel (les

surfaces artificielles étant imperméables), la méthode préconise d’effectuer des

échantillons et de les analyser (Rüttiman et Egli, 2010). Cette démarche étant

longue et fastidieuse, les données sur les sols ont été tirées de la carte des sols

de la région de Lyss. (Géoportail du canton de Berne, 2015) Cependant, les

valeurs de la capacité de rétention du sol ou de stockage en [mm] ne sont pas

données directement mais obtenues au travers des données sur la profondeur

utile pour les plantes. Autrement dit, un sol d’une profondeur de 70 à 100 cm

par exemple, a une capacité de 70 à 100 mm (Gerber, 2014).

 Figure 15 : exemple de surfaces contributives (rouge) avec les directions d’écoulement (bleu)

et les capacités de rétention des surfaces (vert) (Swisstopo, 2015b).  

Par la suite, lorsque les capacités d’infiltration du sol et les aires des sous-

surfaces sont définies, il faut leur assigner un coefficient de ruissellement qui

sert au calcul du débit. Le choix du coefficient se fait d’abord en fonction des

27

Q = C * A * i(t ,T)  

classes de capacité de stockage du sol et ensuite d’après ses conditions

internes (humidité des sols) et surfaciques (compactage, croûte de battance,

gel) (Rüttiman et Egli, 2010). L’annexe 3 présente différentes gammes de

valeurs en fonction des types de surfaces et des conditions d’infiltration des

sols naturels.    L’avant-dernière étape consiste à établir un scénario qui varie en fonction du

type de précipitations (pluie d’orage, pluie durable) et des conditions initiales

du sol de la surface sélectionnée. Les deux scénarii de pluie peuvent être

appliqués. Pour le premier, il faut prendre des intensités de pluie exprimées en

[l/s*m2] qui ont un temps de retour de 30 et 100 ans. Il est conseillé d’avoir des

valeurs différentes pour une même région d’intensité afin de pouvoir calculer

un débit maximum et minimum. (Rüttiman et Egli, 2010).  Pour le scénario de précipitations de longue durée, il faut se référer aux valeurs

de 24h pour des temps de retour de 100 ans fournies dans l’Atlas

hydrologique de la Suisse (feuille 2.4). (Spreafico et al.,1992) L’ouvrage ne

fournit toutefois pas de valeurs pour des temps de retour de 30 ans (Rüttiman

et Egli, 2010).    

Enfin, il faut choisir des points de mesures du débit. En principe, ce dernier se

calcule en plusieurs endroits d’une même zone d’étude, là où des surfaces

contributives se rejoignent (Rüttiman et Egli, 2010).    

4.2.2. Paramètres mesurés

4.2.2.1. Débit

Rüttiman et Egli (2010) proposent deux méthodes de calculs de débit en

fonction du type de scénario choisi.    

Pour le scénario pluie d’orage et pour les sols avec des difficultés d’infiltration

ou imperméables :  

 

 

 

28

Q : Débit ruisselé sur une surface [l/s]  C : Coefficient de ruissellement moyen de la surface [-]  A : Aire de la surface [m2]  i (t,T) : Intensité d’une pluie de durée t et temps de retour T [l/s*m2]  

 

Remarques :  

Le temps de latence entre le début de l’averse et le début du ruissellement est

de 5 minutes, indépendamment du type de surface et des conditions du sol.

(Jobin et al., 2005) En effet, une partie de la pluie peut s’évaporer au contact

du sol ou alors s’infiltrer dans le sol, c’est pourquoi le ruissellement ne se

produit pas tout de suite. Cependant, Rüttiman et Egli (2010) n’en tiennent pas

compte dans leur méthode.    

Ensuite, la surface contributive doit correspondre à un temps d’écoulement de

10 minutes. (Rüttiman et Egli, 2010) La vitesse varie en fonction du type de

surface et de la rugosité. En général, elle est supérieure à 2 m/s pour les

terrains dont la pente se situe entre 5 et 10 % et inférieure à 2 m/s pour les

pentes < 2 %. (VKF, AEAI, 2007) Le graphique en annexe 4 donne des valeurs

un peu plus précises pour l’estimation. Par la suite, le calcul de l’aire de la

surface contributive T10min se fait par délimitation d’une zone tampon autour du

point de mesure. Par exemple : si la vitesse est de 0.2 m/s la distance sera de

120 mètres en 10 minutes (0.2*60*60).    Pour le scénario pluie durable et pour les sols avec une capacité de rétention

suffisante :  

 

 

Q : Débit ruisselé sur une surface [l/s]  P24h : Cumul de pluie pour un temps de retour T [mm/24h]  A : Aire de la surface [m2]  

 

Remarques :  

Tout d’abord, cette formule ne peut être appliquée que si la totalité du cumul

maximum en 24 h dépasse la capacité de stockage des sols. Ensuite, si le sol

Q= P24h* 2 * A  

29

est gelé ou saturé initialement, il faut se référer à la première formule. Deux

ajustements doivent alors être effectués: il faut d’une part transformer le cumul

de pluie sur 24h en [mm] en intensité [l/s*m2] et d’autre part choisir un

coefficient de ruissellement adapté à ce type de conditions initiales (cf. annexe

3).  Finalement, les surfaces contributives sont prises dans leur intégralité pour le

calcul du débit, car le temps de latence est bien plus court que la durée de

l’événement. (Rüttiman et Egli, 2010).  

4.2.2.2. Hauteurs d’eau

Une fois que le débit est calculé, il faut estimer la hauteur d’eau possible au

point considéré. (Rüttiman et Egli, 2010) La section dans laquelle l’eau s’écoule

doit être paramétrée pour trouver la profondeur d’eau. Pour ce faire, un simple

calculateur hydraulique en ligne a été utilisé. (sic.g-eau.net, 2015) Ce dernier

donne la hauteur d’eau normale qui est la hauteur d’un écoulement uniforme

(homogène) sur un tronçon. (Ancey, 2014) Les sections de mesure doivent être

de préférence rectangulaires pour pouvoir faire le calcul car la formule est plus

simple. La mesure peut donc s’effectuer sur une route, une place ou sur toutes

autres surfaces où l’écoulement est canalisé. Les paramètres suivants doivent

alors être intégrés dans le calculateur :  ● La largeur de la section de mesure [m]  ● La rugosité de Strickler [m1/3/s]  ● La pente de la section [m/m]  ● Le débit [m3/s]  ● La hauteur des bordures [m]  

 

4.2.3. Résultats

4.2.3.1. Tableau de calcul

Une fois que tous les paramètres sont déterminés, il faut remplir une feuille de

calcul pour chaque scénario (cf. annexe 10). Il faut toutefois faire attention à

deux éléments pour la colonne « capacité du système d’évacuation ».

Premièrement, si la totalité du débit ruisselé est absorbée par les canalisations,

le débit des surfaces avales doit être reporté sur une autre feuille.

30

Deuxièmement, si les bouches d’évacuation sont obstruées (grêle, obstructions

diverses), il faut mettre une valeur nulle dans la colonne capacité minimale et

maximale du système d’évacuation (Rüttiman et Egli, 2010).    

4.2.3.2. Cartographie

Le résultat final est une carte à l’échelle 1 : 5000 des surfaces contributives, des

directions d’écoulement, des débits (minimaux et maximaux) en [l/s] et des

hauteurs d’eau (minimales et maximales) en [cm] à différents points de la zone

d’étude (figure 16). Dans ce travail, les cartes sont toutefois au 1 : 7000 pour

une meilleure lisibilité. Par ailleurs, il est possible d’ajouter à la carte les zones

de rétention les murs et autres petites structures afin qu’elle soit plus complète

(Rüttiman et Egli, 2010).    

 

Figure 16 : exemple de représentation du résultat sur une carte au 1 :5000. En rouge : les surfaces contributives. En bleu : les directions d’écoulement. Les points rouges représentent les points de mesures. Les valeurs indiquées en noir sont la hauteur d’eau et le débit minimal

et maximal (Rüttiman et Egli, 2010).

31

5. Etude du ruissellement de surface

Ce chapitre analyse le ruissellement de surface dans la région de Lyss. La

première partie de ce chapitre présente tout d’abord les deux zones d’études

retenues d’après les résultats de la modélisation de geo7 AG (5.1). Ensuite,

l’analyse se concentre sur l’une des zones d’étude (Lyss) sur la base des

résultats de la modélisation pour un scénario de pluie d’orage (5.2). Enfin, la

dernière partie présente une analyse locale du ruissellement par secteurs

d’après différents scénarii dans les deux zones d’études prédéfinies (5.3).

5.1. Choix des zones d’étude

Les résultats de la modélisation de geo7 AG pour toute la région de Lyss ont

permis dans un premier temps de faire une première sélection des zones

potentiellement exposées. Ainsi, sur l’ensemble du territoire modélisé, deux

zones ont été retenues pour l’analyse du ruissellement (cf. annexe 2). Ce choix

est motivé par les raisons suivantes : d’une part il n’était pas possible en raison

de la taille de la commune et du peu de temps à disposition d’ausculter

l’ensemble de la commune. D’autre part, la zone choisie présentait des

caractéristiques intéressantes, telles qu’une topographie variée et des types de

couverture du sol différents (surfaces imperméables, cultures, pâturages).

Cependant, il n’en demeure pas moins que d’autres zones sont exposées à ce

phénomène mais une analyse détaillée n’a pas pu être établie faute de temps.    De facto, la délimitation de la zone s’est faite par rapport aux zones

d’écoulement (pente > 3 %) et aux zones d’accumulation (pente < 3%). Cette

pente limite a été choisie afin de pouvoir faire plus facilement la distinction

entre les zones plus ou moins plates et inclinées (cf. annexe 5), bien qu’il ait été

évoqué au chapitre 2.1.2.4 qu’un écoulement peut se produire à partir d’une

déclivité de 0.5% sur des cultures dans le sens de la pente.    

   

32

5.1.1. Caractéristiques des zones

5.1.1.1 Zone 1

Elle se trouve à l’est du centre de Lyss au lieu-dit « Dreihubel » (cf. annexe 2).

Au niveau hydrographique, trois petits cours d’eau prennent leur source à

environ 500 mètres d’altitude sur le plateau agricole à l’ouest de la zone. Le

Murgelibach, Le Heilbach et le Mööslibach. Leurs tronçons sont fortement

modifiés, car ils sont mis sous terre dans la zone urbaine. (Géoportail fédéral,

2015) D’un point de vue pédologique, la surface est constituées

essentiellement de sols bruns, bruns lessivés et bruns acides (cf. annexe 6).

Leur capacité de rétention moyenne est de 85 mm sur presque toute la zone.

Cependant, une partie à l’extrémité sud a une capacité de 60 mm et une autre

au sud-est a une capacité de 125 mm (Géoportail du canton de Berne, 2015).

Ils peuvent donc stocker un certain volume d’eau lors de pluies durables    

5.1.1.2 Zone 2

Elle se trouve à Busswil bei Büren, situé à 3 km au nord de Lyss (cf. annexe 2).

D’un point de vue hydrographique, la zone est dépourvue de cours d’eau. Les

sols sont identiques à ceux de la première zone mais leur capacité de stockage

est plus faible (cf. annexe 7). En effet, elle est de l’ordre de 85 mm en moyenne

au centre et de 60 mm le long de la bordure sud-est /nord-est ainsi qu’au nord

(Géoportail du canton de Berne, 2015).

 

5.2. Analyse des résultats de la modélisation

numérique

5.2.1. Scénario

Il simule une pluie d’une durée de 2 heures avec une intensité maximale de

140 mm/h (23 mm/10min) et un cumul total de 90 mm. Les capacités de

stockage du sol sont considérées comme faibles : 35 mm pour les surfaces

agricoles et les jardins, 45 mm pour les forêts, 0 pour les autres. Le système

33

d’évacuation des eaux est également intégré dans la modélisation (geo7 AG,

2010).    

5.2.2. Interprétation des résultats

D’après la carte des résultats de la modélisation en annexe 8, le ruissellement

est important sur les surfaces agricoles. Du reste, les jardins potagers situés à

l’est sont particulièrement exposés, car il n’y a rien qui ralentit le phénomène.

Une accumulation d’eau entre 10 et 20 cm y est possible. Plus au sud, le

dépotoir construit avant la zone d’habitation semble retenir un grand volume

d’eau, ce qui protège les habitations en contrebas (figure 17).

Figure 17 : dépotoir construit en amont de la zone d’habitation (Google, 2015).

Au sud-ouest, les eaux en provenance du secteur centre sont canalisées par les

routes. Elles s’accumulent dans les sous-voies et contre le remblai des voies de

chemin de fer. La partie basse située à l’ouest est également une vaste zone

d’accumulation du ruissellement provenant du nord-est, nord, nord-ouest et

centre. Les hauteurs d’eau peuvent d’ailleurs atteindre jusqu’à 20 cm. Ensuite,

le carrefour situé au nord-est sert de déversoir à l’écoulement canalisé qui

draine les surfaces à flanc de colline (nord-est et nord). Au nord, les habitations

situées en contrebas du vallon sont aussi menacées car le point d’entrée du

cours d’eau mis sous terre est très exigu (figure 18). Enfin, le secteur centre est

exposé au débordement du ruissellement canalisé par la route. Il peut

s’écouler en direction du Heilbach.

34

 

Figure 18 : début de la mise en terre du Mööslibach.  

Le système d’évacuation semble donc quelque peu atténuer le phénomène

mais il n’en demeure pas moins que beaucoup d’infrastructures restent encore

potentiellement menacées. Une analyse locale est nécessaire pour vérifier si les

écoulements modélisés correspondent à la réalité.  

5.3. Analyse locale du ruissellement sur le terrain

L’analyse locale se focalise sur trois secteurs dans la zone de Lyss et deux dans

la zone de Busswil bei Büren (cf. annexe 9 et 10). La première partie présente

de manière générale les différents secteurs. Puis, elle aborde les quatre

scénarii retenus pour illustrer cette méthode et les paramètres utilisés pour le

calcul de la hauteur d’eau. La deuxième s’articule autour d’une analyse

détaillée du ruissellement de chaque secteur et de ses conséquences. Les

cartes des surfaces contributives et des directions d’écoulement sont

disponibles en annexe 11. Les tableaux de calculs des débits sont en annexe

12.  

5.3.1. Secteurs

Secteur A Lyss    

Le premier secteur a une superficie de 25'644 m2 et une pente moyenne de 14

%. La plus grande surface contributive est un champ de 22'880 m2. Les autres

surfaces sont des routes au revêtement imperméable. Le ruissellement s’initie

35

dans la partie en amont et se termine au sud-ouest contre le mur qui borde la

route. L’eau s’écoule ensuite soit en direction du sous-voie, soit en direction de

la rue. Le point de mesure se situe avant la séparation des écoulements.    

Secteur B Lyss    Le secteur B a une superficie de 100'608 m2 et une pente moyenne de 7.5 %. Il

comprend une grande proportion de champs et de prés entrecoupés par des

chemins agricoles compactés ou alors par des routes asphaltées. La surface

contributive la plus importante est une culture dans le sens de la pente de

30'070 m2. Le ruissellement débute au nord-est, puis il ralentit sur le replat au

centre du secteur (figure 19) avant de continuer sa route en direction des

premières habitations. Au point de mesure, il bifurque soit en direction du

nord-ouest, soit de la route plate au sud-ouest. L’analyse de terrain montre

toutefois que l’eau s’écoule de préférence à droite en raison du dévers de la

chaussée. Il contribue ainsi à l’écoulement du secteur C.

Figure 19 : surface d’accumulation du secteur B.  Secteur C Lyss    La surface contributive est située dans la continuité du secteur B. Sa surface est

de 17’319 m2 dont la majeure partie est un champ de 15’575 m2. Ce dernier a

une pente moyenne de 10 %. Le ruissellement provient essentiellement de

l’apport du secteur B. Il est canalisé le long de la route avec des débordements

36

possibles en de multiples endroits vers l’ouest. Pour le calcul du débit au point

de mesure, les pertes sur les bas-côtés ne sont pas prises en considération.    Secteur A Busswil    Avec une superficie de 179'504 m2, il s’agit du plus grand secteur étudié dans

le cadre de ce travail. Il a une pente moyenne de 8% et la plus grande surface

contributive est de 107'851 m2. Le ruissellement s’initie au sud-est et au nord-

est et se termine à l’ouest dans la zone d’habitations. Il se concentre ensuite au

centre de la zone pour former l’écoulement principal avant de se déverser en

aval (figure 20). En amont, il y a par ailleurs deux petites surfaces

d’accumulation qui stockent un petit volume d’eau. Le point de mesure se

trouve à cet endroit.

Figure 20 : provenance des écoulements avant la zone d’habitations.  Secteur B Busswil    Le dernier secteur a une superficie de 68'576 m2 et une pente moyenne de 8

%. Un champ de 36'656 m2 recouvre la plus grande partie de la surface. Le

ruissellement prend naissance au centre de la zone au pied du drumlin.

L’écoulement se dirige ensuite en direction du nord-est, avant d’être ralenti

dans une sorte de cuvette qui fait office de zone d’accumulation. Le

ruissellement se poursuit ensuite dans le champ avant d’être redirigé vers les

habitations en raison d’un remblai de terre. L’eau se concentre finalement

37

proche de la route dans le village. Le point de mesure se situe dans une ruelle

étroite entre deux maisons.    

5.3.2. Scénarii

Ils illustrent au mieux les différents types de ruissellement présentés dans la

première partie. Il existe d’ailleurs de nombreuses autres combinaisons mais

elles ne seront pas présentées ici.  Les deux premiers scénarii jouent sur l’élément moteur du ruissellement : les

précipitations. Ensuite, le troisième se base sur une modification de la capacité

d’infiltration du sol en raison du gel. Enfin, le quatrième simule les effets d’une

obstruction des systèmes d’évacuation des eaux pluviales par la grêle. Ils sont

résumés comme suit.    

Le premier scénario simule une pluie de 110 mm en 24h qui ne survient

qu’une fois tous les 100 ans. (Spreafico et al, 1992) Le calcul se fait d’après

l’ensemble des surfaces contributives (surfaces rouges et vertes sur les cartes).

La capacité de stockage des sols varie entre 70 et 100 mm dans la première

zone. A Busswil, elle n’est pas identique partout. En effet, si certains secteurs

ont une capacité de 70 à 100 mm, dans d’autres elle est beaucoup plus faible

(entre 60 et 85 mm, voire entre 50 et 70 mm). Le système d’évacuation des

eaux est également inclu dans le calcul du débit et il fonctionne normalement.

La capacité d’absorption des grilles d’évacuation est de 10 à 15 l/s. (Naef et

Horat, 2000) Ce scénario s’applique à tous les secteurs.    

Le deuxième scénario simule un ruissellement à la suite d’une pluie de

courte durée (10 minutes) dont l’intensité ne survient qu’une fois tous les 30

ans. Les valeurs exprimées en [l/s*m2] sont celles de Bern Zollikofen (0,034) et

de Neuchâtel (0.045). (VKF, AEAI, 2007) Il y a deux valeurs à intégrer dans la

fiche de calcul car la méthode tient compte de la variabilité des intensités pour

une même région. Pour le calcul, les surfaces contributives sont uniquement

celles pour lesquelles le temps d’écoulement est inférieur ou égal à 10 minutes

(surfaces rouges sur les cartes). Ce dernier varie d’ailleurs en fonction de la

pente et du type de surface (cf. annexe 4). Enfin, le système d’évacuation des

eaux est également pris en compte et il fonctionne normalement (5 à 10 l/s). Le

scénario a été établi pour chaque secteur.  

38

 Le troisième scénario illustre une situation de ruissellement sur sol gelé. Il

est basé sur une pluie durable de 110 mm en 24 heures. Il se calcule à l’aide

de la première formule mais en apportant quelques modifications à deux

paramètres. En effet, il faut augmenter le coefficient de ruissellement des

surfaces naturelles à 0.8 et 1 et transformer le cumul de pluie exprimé en

[mm], en [l/s*m2]. Pour la conversion, il suffit de diviser 110 mm par 86'400 ce

qui donne 0.0012 l/s*m2. (Rüttiman et Egli, 2010) En ce qui concerne le

système d’évacuation des eaux, il fonctionne normalement. Les secteurs

d’application du scénario sont ceux qui possèdent des surfaces naturelles

conséquentes, à savoir le secteur B à Lyss et le secteur A à Busswil bei Büren.    

Le dernier scénario reprend les effets de la grêle sur le système

d’évacuation des eaux pluviales. Il se calcule d’après une pluie d’orage dont

l’intensité ne survient qu’une fois tous les 30 ans. Les valeurs sont donc les

mêmes que dans le premier scénario tout comme les coefficients de

ruissellement. Cependant, quand les grilles d’évacuations sont bouchées par

l’accumulation de grêlons, la capacité d’absorption du système d’évacuation

est alors égale à zéro pour le minimum et de 5 l/s pour le maximum dans les

paramètres du calcul. Ce scénario s’applique uniquement au secteur A de Lyss.  

5.3.3. Paramètres des sections de mesure

Le tableau 4 illustre les différents paramètres utilisés pour le calcul de la

hauteur d’eau. Le point de mesure doit se trouver dans une section

rectangulaire pour faciliter le calcul du débit. La hauteur d’eau dans le secteur

A de Busswil n’a pas pu être évaluée, car l’eau arrive perpendiculairement à la

section d’écoulement. Les coefficients de rugosité de Strickler (KST) sont

identiques pour chaque secteur, car la mesure s’est faite sur une route

asphaltée. Enfin, la largeur et la pente des sections dépendent de leur

configuration.    

39

   

Tableau 4 : paramètres des sections de mesure pour chaque secteur.  

5.3.4. Analyse des résultats

5.3.4.1. Secteur A Lyss

Scénario 1    

Le débit maximum (58 l/s) provient de la plus grande surface contributive. Il

s’agit d’un champ dont la capacité de stockage est inférieure au cumul des

précipitations. Cependant, le ruissellement qui s’initie en amont est absorbé

dans sa totalité par les grilles d’évacuation lorsqu’il arrive sur la route. Il n’y a

donc pas de ruissellement de surface qui se produit.  Scénario 2    Le sol a une bonne capacité d’absorption mais l’intensité de la pluie provoque

tout de même un ruissellement conséquent qui ne peut pas totalement être

absorbé par les grilles d’évacuations. En effet, la pente étant trop forte sur le

tronçon principal, l’eau arrive trop vite sur les grilles pour être retenue. Le

débit estimé au point de mesure est de 306 l/s, ce qui correspond à une

hauteur d’eau de 2 cm environ. Elle est faible car d’une part la section est large

et d’autre part la vitesse de l’écoulement est importante. Le filet d’eau

s’accumule sous le pont de ligne de chemin de fer.    Scénario 4    Si la grêle obstrue les grilles d’évacuation, le débit issu des surfaces en amont

et des routes ne peut pas être retenu. La somme cumulée est alors de 431 l/s

pour une hauteur d’eau de 3 cm. Elle est faible en raison de la pente

importante du secteur et de la largeur de la section.    

40

Conséquences  

En cas de fortes pluies d’orage avec ou sans grêle, le sous-voie situé à l’ouest

peut être inondé (figure 21). D’une part parce que la capacité du système

d’évacuation est insuffisante. D’autre part parce que les grilles peuvent être

obstruées soit par les grêlons qui pour rappel, peuvent atteindre 3 cm ou plus

de diamètre une fois tous les 30 ans (Stucki et Egli, 2007), soit par d’autres

débris (branches, plastiques, etc.). Dans ce cas, les éventuelles entrées de

garages le long du tronçon principal sont inondables. Le degré d’atteinte

dépend toutefois du cheminement de l’écoulement. Enfin, il faut souligner que

dans ce secteur, les vitesses d’écoulement sont trop rapides (Figure 22). En

effet, il n’y a aucun élément qui permet de le freiner. La solution serait de

construire un remblai au pied du champ pour stocker une partie du débit.

Figure 21 : surface d’accumulation dans le sous-voie (Google, 2015).

41

Figure 22 : pente raide du secteur A (Google, 2015).  

5.3.4.2. Secteur B

Scénario 1    Les sols de la zone ont une capacité de rétention comprise entre 70 et 100 mm. Elle est inférieure aux 110 mm cumulés sur 24 heures, ce qui favorise un faible ruissellement au point de mesure (107 l/s). Le débit est également atténué par le système d’évacuation. Ensuite, la zone de rétention peut faire office de surface d’infiltration si le sol n’est pas compacté ou saturé, car l’intensité des précipitations est faible (0.0012 l/s*m2).    

Scénario 2  

Si d’intenses précipitations se produisent sur les cultures dans le sens de la

pente, il se forme un ruissellement du type hortonien. Le débit le plus

important a lieu sur la plus grande surface contributive. Il est estimé à 421 l/s

avec des coefficients de ruissellement relativement bas. Du reste, si les sols de

cette surface étaient compactés, il se produirait un phénomène de battance et

le ruissellement serait plus important. Le débit au point de mesure est de 864

l/s au maximum pour une profondeur de 8 cm.  Scénario 3  

Lorsque le sol est gelé, l’infiltration est fortement réduite. Dans le cas d’un gel

béton, le sol est même totalement imperméable. Le coefficient de

ruissellement est alors compris entre 0.8 et 1. Si par contre il s’agit d’un autre

42

type de gel, les coefficients restent bas vu que le sol absorbe une partie de la

pluie. Le résultat obtenu dans ce scénario a été calculé sur la base d’un sol

totalement ou presque imperméable. Le débit maximum estimé est

relativement faible au point de mesure (5.7 l/s). En effet, la quasi totalité de

l’écoulement en provenance des surfaces agricoles est absorbée par le

système d’évacuation. Il est donc efficace face à ce genre d’événement, bien

que le débit de la plus grande surface occasionne un ruissellement de 36 l/s.    

Conséquences

Le cas d’une pluie de forte intensité est problématique dans le secteur B car

elle provoque d’une part une forte érosion des sols dans les cultures en pente.

D’autre part, elle contribue à la formation d’un volume de ruissellement

important qui se dirige vers les habitations (figure 23). La première maison

située au bord de la route est donc très exposée, plus particulièrement si le

volume de l’écoulement est suffisant pour franchir le petit rebord de la route.

L’autre problème, c’est que le dévers de la chaussée au niveau du point de

mesure dévie l’écoulement sur la route à pente plus forte au lieu de le diriger

vers celle qui est plate (figure 24). Phénomène aggravant, la grille située au

pied de la route principale ne peut pas absorber une grande quantité d’eau,

car elle est située en pente forte. L’eau s’écoule trop vite pour être absorbée

totalement.

 

Figure 23 : surface d’écoulement le long de la route avec risque de débordement sur la gauche.

   

43

 

Figure 24 : dévers de la route qui dirige l’écoulement vers la droite (Google, 2015).

5.3.4.3. Secteur C

Scénario 1 Lors d’une précipitation durable, le système d’évacuation des eaux de la route

absorbe à lui seul la totalité du débit issu du champ. Or, 107 l/s se rajoutent au

système depuis le secteur B, ce qui engendre une surcharge du système. Le

débit qui en résulte est alors de 91 l/s avec une profondeur de 2 cm sur la

route.    

Scénario 2  

Si les précipitations sont intenses, l’apport depuis le secteur B est encore plus

important. Le débit potentiel est au minimum de 156 l/s et il peut atteindre

1030 l/s en raison des 864 l/s du secteur B auxquels s’ajoutent les 155 l/s

provenant du champ. Sur la route, la hauteur d’eau atteint ainsi 10 cm. C’est

suffisant pour que l’eau franchisse le rebord de la route et s’écoule en direction

des habitations situées à l’ouest.    

Conséquences  

Le principal danger dans ce secteur est dû au déversement de l’eau qui

s’écoule sur la chaussée. En effet, la route est inclinée vers l’ouest et les

rebords peu élevés. Il est donc possible en cas de débit important que l’eau se

44

dirige vers les habitations situées en contrebas (figure 25). Ces dernières ayant

un pallier assez bas, l’eau peut y pénétrer facilement (figure 26).

Figure 25 : direction d’écoulement sur la route et zone de déversement possible (Google, 2015).

Figure 26 : habitations situées en contrebas de la route (Google, 2015).  

5.3.4.4 Secteur A Busswil

Scénario 1    La capacité de stockage des sols n’est pas uniforme dans ce secteur. En effet,

elle est faible au sud-est (60 à 85 mm) et le long de la bordure est (50 à 70

mm), mais elle atteint des valeurs comprises entre 70 et 100 mm ailleurs. En

45

cas de précipitations prolongées, le débit est de 423 l/s. La surface centrale

fournit à elle seule 274 l/s. En comparaison avec le scénario suivant, il s’agit

d’une quantité relativement faible. Scénario 2 Le débit ruisselé en cas de précipitation d’orage est de 2392 l/s avec 1510 l/s

uniquement pour la surface numéro 8. Il s’agit de la valeur la plus haute, tous

secteurs confondus. Ce chiffre s’explique d’une part par la taille de la surface

contributive. D’autre part, par le choix des coefficients. Cependant, même si le

coefficient de ruissellement était réduit à 0.1, il subsisterait encore un débit de

431 l/s uniquement pour cette surface. Enfin, la capacité d’absorption des

grilles n’est largement pas suffisante sur la route située devant les habitations

en contrebas.    

Scénario 3  

Le ruissellement sur sol gelé apporte un débit de 180 l/s au point de mesure. Il

est nettement supérieur à celui observé au secteur B à Lyss car le volume d’eau

évacué par les grilles n’est pas suffisant. Elles ont en effet une capacité de 50

l/s au maximum pour un apport de 129 l/s rien que pour la surface 8.    

Conséquences  

 

L’eau qui s’écoule depuis le champ se concentre en direction de la zone

d’habitations (figure 27). Deux maisons situées le long de la route au pied de la

surface contributive sont très exposées car leurs entrées de garage se trouvent

en dessous du niveau de la rue (figure 28). C’est donc une zone où l’eau

pénètre rapidement et facilement. Le risque d’inondation du rez-de-chaussée

est très élevé. Ensuite, la présence d’un système d’évacuation des eaux mixtes

(pluviales et eaux usées) dans la zone d’habitation pose un autre problème.

(GEP Lyss, 2015) En effet, si une grande partie de la surface est inondée,

l’évacuation des eaux ne se fait plus correctement et des remontées des

égouts sont possibles. Enfin, en cas de précipitations intenses orageuses, des

ravines d’érosion peuvent se former sur la surface contributive numéro 8.

46

 

Figure 27 : concentration du ruissellement dans la partie aval du secteur.    

 

Figure 28 : entrée de garage d’une habitation située en contrebas de la rue.  

5.3.4.5. Secteur B Busswil

Scénario 1    Le sol a une capacité d’absorption homogène comprise entre 50 et 70 mm. Il

s’agit donc du secteur avec la plus faible capacité de stockage. Le débit

maximal estimé en aval est de 140 l/s pour une hauteur de 8 cm. Il est réduit,

car en amont, une partie est absorbée par le système d’évacuation des eaux.

Le système n’est toutefois pas assez efficace pour retenir tout le volume d’eau.  

47

Scénario 2  

Dans ce secteur, l’écoulement principal a lieu sur la plus grande surface

agricole.  Le débit total au point de mesure est de 725 l/s pour une pluie dont

l’intensité survient une fois tous les 30 ans. La hauteur d’eau est de 13 cm dans

la ruelle. Il s’agit de la hauteur la plus importante mesurée. Elle est due

principalement à l’étroitesse de la section de mesure et au débit important qui

y passe.  

Conséquences :  

Dans la partie amont, l’exploitation agricole située au bord de la route est

susceptible d’être affectée par un faible ruissellement. En aval, la zone

d’habitation est plus exposée en raison d’un remblai de terre qui dévie

l’écoulement (figure 29). Il a probablement été aménagé de façon involontaire

mais il n’en demeure pas moins qu’il amplifie le ruissellement. Dans la zone

d’accumulation, il y a donc la fois un risque d’inondation et de pollution. En

effet, l’eau pénètre par les entrées de certaines habitations qui ont un pallier

trop bas (figure 30) et emporte des matières fécales entreposées proche de la

route (figure 31). Il s’agit d’une menace à la fois pour la santé des personnes et

pour l’environnement d’autant plus que la nappe phréatique est située entre 1

et 3 mètres. (Géoportail du canton de Berne, 2015)

 

Figure 29 : remblai artificiel qui dévie l’écoulement en direction des habitations.

48

 

Figure 30 : passage de l’écoulement au travers des habitations.

 

Figure 31 : ruissellement devant l’habitation où du fumier est entreposé (Google, 2015).

5.3.5 Synthèse

Les valeurs synthétisées dans le tableau de l’annexe 13 sont très hétérogènes

non seulement en fonction des secteurs mais aussi en fonction des scénarii. Les

pluies intenses forment un ruissellement conséquent partout mais le débit le

plus élevé a lieu dans le secteur A de Busswil. Toutefois, la contribution

d’autres secteurs influence parfois de façon non négligeable les valeurs en aval

comme dans le secteur C à Lyss. Ensuite, plus la taille des surfaces

49

contributives est grande, plus le débit est important, c’est donc une question

de superficie et non de type de couverture du sol.  La comparaison des valeurs du tableau synthétique entre les différents scénarii

montre que les valeurs sont plus élevées lors de pluies intenses que durables.

L’intensité de la pluie est donc un facteur déterminant. En effet, lors d’une

pluie durable, l’intensité est plus faible et échelonnée sur 24 h. Les sols ont

donc le temps d‘absorber l’eau. Par contre, si l’intensité dépasse la capacité

d’infiltration, ce qui est souvent le cas lors d’une pluie d’orage, l’excédent

d’eau ruisselle.

Ensuite, les débits théoriques varient aussi fortement en présence ou non d’un

système d’évacuation des eaux pluviales. Les secteurs A et B de Lyss, par

exemple, sont bien équipés car dans le premier, la totalité de la pluie est

absorbée et seul un petit débit ruisselle dans le deuxième. Dans les secteur A

et B à Busswil par contre, il y a peu de grilles d’évacuation, d’où des valeurs de

débits plus élevées. Cependant, il peut arriver dans certains cas que le système

d’évacuation soit inefficace. Premièrement, lorsque la pente est trop

importante comme dans le secteur A de Lyss, l’eau arrive trop vite et la

capacité d’absorption est fortement réduite. Deuxièmement, si l’intensité de la

pluie est trop forte, le volume d’eau ruisselé est bien supérieur à la capacité

des grilles. Troisièmement, lors d’un orage de grêle, les grilles peuvent se

boucher ce qui accentue le ruissellement.

Enfin, le gel du sol est un facteur aggravant pour le ruissellement notamment

lorsque le secteur est dépourvu de système d’évacuation des eaux. C’est

pourquoi l’écart de valeurs entre les valeurs au secteur B de Lyss et A de

Busswil est si important dans ce scénario.    En ce qui concerne les hauteurs d’eau, elles dépendent principalement des

paramètres de la section de mesure et du débit lui-même. En effet, la

profondeur de l’écoulement est faible sur les surfaces larges à pente moyenne

ou forte mais si cette dernière est plus faible et la section plus étroite, la

hauteur d’eau est plus importante. De plus, il s’avère que les valeurs sont plus

hautes lors d’une pluie d’orage que lors d’une pluie durable en raison de

débits plus élevés. Ainsi, une hauteur d’eau de 13 cm est possible dans la

ruelle du secteur B à Busswil, car elle est étroite et le débit élevé. Par contre,

dans le secteur A de Lyss où la pente est très raide, la hauteur d’eau n’est que

de 2 cm malgré un débit de 306 l/s.  

50

5.3.6 Mécanismes de ruissellement possibles

Le principal mécanisme de formation du ruissellement de surface est du type

hortonien. Il se produit surtout à la suite d’intenses précipitations orageuses sur

les surfaces agricoles compactées par des machines comme par exemple dans

le secteur B à Lyss et A et B à Busswil. Dans ces secteurs, un phénomène de

croûte de battance est d’ailleurs possible. Cependant, il s’agit ici d’une

hypothèse car il faudrait vérifier la fréquence du labourage des cultures.  Le ruissellement de surface saturée se rencontre à la suite de précipitations

durables dans les secteurs avec des champs et des prés. Il peut aussi avoir lieu

sur toutes les surfaces perméables des différents secteurs. Toutefois, le

ruissellement résulte ici plus de l’impossibilité de la pluie à pénétrer dans le sol

que de l’exfiltration de la nappe. En effet, dans les secteurs étudiés, le toit de

la nappe se trouve à une profondeur de plus de trois mètres. (Géoportail du

canton de Berne, 2015)

Ensuite, le phénomène de ruissellement sur sol gelé est observable dans tous

les secteurs avec des surfaces contributives naturelles. Il se produit

principalement en hiver à la suite de fortes précipitations ou de fonte des

neiges à la suite d’un redoux. (Dingman, 1975) Cependant, le risque est aussi

marqué en automne lorsqu’il fait très froid et que la neige tombe tardivement.

Le front de gel a alors le temps de progresser ce qui rend le sol imperméable.    Enfin, le ruissellement en milieu urbain concerne essentiellement les secteurs

A et B à Lyss. Ce mécanisme est d’ailleurs fortement lié à l’urbanisation car

lorsque celle-ci s’intensifie, le ruisellement s’accroit également. A Lyss, la

surface d’infrastructure et d’habitat a augmenté de 105 ha en 24 ans (1979-

2004) alors que pour la même période la part des surfaces agricoles a diminué

de 107 ha. Les surfaces imperméables ont donc considérablement augmenté

et ce chiffre ne s’est pas arrêté puisqu’entre 2004 et 2009 leur nombre a

encore progressé de 19.6 % (OFS, 2015). La zone d’habitations de Dreihubel

est la zone qui s’est le plus fortement urbanisée depuis 1979 comme le

montrent les figures 32 et 33. De nombreuses habitations se sont construites le

long du Heilbach. Cette extension urbaine a ainsi fortement modifié la

dynamique du ruissellement. En effet, les débits ruisselés depuis les champs se

déversaient autrefois directement dans le ruisseau mais depuis la construction

51

de la route, l’eau est déviée et canalisée en direction du secteur B. Le risque

d’inondation est donc plus important.  

 

Figure 32 : urbanisation de la zone de Dreihubel en 1976 (Swisstopo, 2015d).

Figure 33 : urbanisation de la zone de Dreihubel en 2011 (Swisstopo, 2015d).  

52

6. Eléments de discussion

Ce dernier chapitre présente différents sujets de discussion à propos des

méthodes utilisées et des résultats. Il aborde le choix des coefficients (6.1), les

méthodes d’analyse du ruissellement de surface (6.2) et les mesures de

protection contre le phénomène (6.3).

6.1. Choix des coefficients

Les coefficients de ruissellement sont des paramètres décisifs dans cette

méthode car il détermine l’ampleur du ruissellement. (Rivard, 1998) Les

coefficients établis notamment pour les champs sont ceux recommandés par

Rüttiman et Egli, (2010). Ils sont de l’ordre de 0.1 à 0.35 pour des surfaces dont

l’infiltration n’est pas entravée. Il est néanmoins possible de les augmenter si

par exemple le sol est saturé ou qu’il y a une croûte de battance à la surface.

Dans ce cas, les valeurs varient entre 0.35 et 0.55 voir 0.8 si le sol est

totalement saturé. Pour le scénario pluie d’orage, il était préférable de ne pas

mettre des valeurs trop élevées car les débits semblaient déjà assez

importants. Ensuite, le choix du coefficient de ruissellement est tout aussi

délicat pour les surfaces agricoles. En effet, il varie en fonction des types de

cultures, de leurs directions par rapport à la pente et de leurs stades de

croissance. (Rey, 2005) Un orage intense début mai par exemple, provoque un

ruissellement plus important qu’au mois de juillet car le couvert végétal est

plus faible en mai qu’en juillet.  Enfin, pour le scénario de la pluie sur sol gelé, les coefficients de 0.8 et 1 ont

été attribués aux surfaces sur la base d’un sol totalement imperméable. Ce

choix a été privilégié afin de pouvoir comparer plus facilement les résultats

avec une situation normale. Cela dit, le choix de ces coefficients est délicat car

il dépend de l’interprétation de l’observateur. Il est donc possible que ces

valeurs soient surestimées ou sous-évaluées. Cependant, pour ce travail, il

s’agit d’une évaluation approximative qui doit être vérifiée par un spécialiste et

qui ne doit pas être prise pour le dimensionnement de mesures de protection.    

53

6.2. Méthodes

6.2.1 Méthode de modélisation numérique

La méthode de modélisation de geo7 AG (cf. chapitre 4.1) donne de très bons

résultats en haute résolution pour les zones situées aux abords des zones

d’habitations et pour les surfaces agricoles. Il est ainsi possible de déterminer à

grande échelle (jusqu’à 500 km2) les zones exposées. (Kipfer, 2014) De plus,

elle est applicable à tout type de régions que ce soit en montagne comme en

plaine. En effet, le bureau geo7 AG a modélisé le ruissellement pour la région

de Verbier (Canton du Valais) où les résultats étaient aussi très concluants.

(Kipfer, 2014) La modélisation est en revanche moins bonne pour les centres

des zones urbaines car la précision dépend non seulement de la résolution du

MNT mais aussi du nombre de petites structures intégrées pour la simulation.

Ensuite, l’inconvénient principal de cette méthode est l’attribution inhomogène

des valeurs par types de surfaces et non d’après leurs spécificités. Cette

simplification peut donc masquer certaines particularités locales comme par

exemple des sols hydromorphes ou des surfaces avec des pavés-filtrants. Le

ruissellement est alors biaisé. Cette affirmation met en lumière la difficulté de

pouvoir vérifier l’ensemble du territoire modélisé.    

6.2.2. Méthode d’analyse de terrain

La méthode de Rüttiman et Egli (2010) permet d’estimer localement le danger

lié au ruissellement en indiquant non seulement les zones exposées mais

encore l’intensité avec lequel un objet peut être touché (débit, hauteur d’eau).

Elle peut être mise en pratique partout. De plus, l’analyse au cas par cas donne

des informations beaucoup plus précises que la modélisation car il y a une

vérification de terrain à petite échelle. La réflexion sur les mesures de

protection est donc facilitée et peut se faire directement sur le terrain.

Cependant, si la méthode de calcul semble simple à appliquer, la

détermination des coefficients de ruissellement, des capacités d’infiltration et

la délimitation des surfaces contributives est beaucoup moins évidente. En

effet, il faut être rigoureux à chaque étape car une mauvaise interprétation

peut conduire à des résultats totalement erronés : surestimation des débits,

54

mauvaises directions d’écoulements etc. L’autre inconvénient est que la

méthode de calcul semble être un peu simpliste, notamment pour le calcul du

débit pour le scénario de pluie durable. En effet, elle n’intègre pas la capacité

d’absorption des sols ce qui semble primordial pour évaluer le ruissellement.

Enfin, la méthode prend beaucoup de temps sur le terrain c’est pourquoi elle

ne peut être appliquée qu’à l’échelle d’un quartier et non d’une grande région.

6.3. Mesures de protection

Les solutions pour lutter contre le ruissellement de surface sont multiples. Ce

chapitre en présente quelques-unes pour le milieu urbain (6.3.1) et pour le

milieu rural (6.3.2).  

6.3.1. Milieu urbain

Le choix de l’emplacement d’un immeuble ou d’une maison permet déjà

d’empêcher les dégâts liés au ruissellement. Il faudrait ainsi éviter de construire

des infrastructures au pied d’une pente ou dans une dépression où des cas de

ruissellement sont fréquemment observés. S’il n’y a pas d’autres

emplacements, il faut alors s’abstenir de créer des ouvertures comme les

portes, les entrées de garages ou alors les baies vitrées de salon où des

entrées d’eau sont possibles (VKF, AEAI, 2007). Cela dit, il s’est avéré dans

cette étude que de nombreux bâtiments ne tenaient pas compte de ce

problème (Secteur B de Lyss ou A à Busswil).  Les aménagements extérieurs offrent en deuxième recours une palette de

solutions pour atténuer l’ampleur du phénomène. Il y a tout d’abord les

mesures d’infiltration qui l’atténuent à la source. Par exemple, il est

recommandé de poser des revêtements absorbants comme les pavés filtrants

ou les pavés gazons. En effet, ils ont un coefficient de ruissellement de 0.2

alors qu’il est de 1 pour un revêtement en dur. Ensuite, il est utile de creuser

des tranchées drainantes au pied des pentes. Elles doivent être remplies de

matériaux grossiers (graviers) qui sont beaucoup plus perméables et posséder

une conduite drainante au fond. Enfin, lorsque les débits sont trop importants

et que le phénomène ne peut être atténué, il est possible de construire des

ouvrages de rétention avec ou sans déversoir de trop plein (VKF, AEAI, 2007).

55

A Lyss, de telles mesures ont d’ailleurs déjà été prises notamment dans la zone

de Dreihubel (figure 34).

Il s’avère toutefois important que les employés communaux les entretiennent

et plus particulièrement s’il possèdent une conduite de trop-plein pour éviter

des débordements. Des remblais et des digues peuvent également être

construits au pied des pentes pour retenir les eaux superficielles. (VKF, AEAI,

2007) Ils ont pour objectif de dévier l’écoulement hors de zones habitables

mais ces équipements coûtent cher.

Figure 34 : bassin de rétention avec évacuateur de trop plein à Lyss.  Par ailleurs, le système d’évacuation des eaux doit être conçu de manière à

éviter le reflux et les débordements. La première solution consiste à créer un

système séparatif des eaux de pluies et des eaux usées pour éviter qu’en cas

de surcharge, les eaux sales remontent (VKF, AEAI, 2007). Ce problème a été

mis en lumière dans la zone urbaine du secteur A à Busswil où le système est

unitaire. Finalement, des mesures de protection provisoires (sacs de sables,

palplanches) peuvent être installées contre les portes et les entrées de

garages. Il s’agit du même système utilisé pour protéger les habitations contre

les inondations (VKF, AEAI, 2005).    

56

6.3.2. Milieu rural

Sur les surfaces agricoles, le ruissellement a des effets néfastes car il érode le

terrain. (Mühlberger de Preux, 2005) Les premières mesures consistent à éviter

l’orientation des cultures dans le sens de la pente car il s’est avéré que les

coefficients étaient relativement plus élevés que pour un pré ou un champ

transveral à la pente (cf. annexe 3). Ensuite, lors de l’exploitation des terres, il

est recommandé d’éviter de trop compacter le sol avec les engins agricoles

afin qu’il puisse rester perméable. La méthode sans labour est une des options

possibles. (Mühlberger de Preux, 2005) Lorsque le ruissellement est trop

important et que des mesures de prévention ne suffisent pas, il est possible

d’aménager des voies d’eau engazonnées (figure 35). Il s’agit de « canaux

naturels ou artificiels conçus pour capter le ruissellement et l’acheminer vers un

exutoire sécuritaire sans causer d’érosion » (Guillou, 2008 : 1). Ils sont

végétalisés ce qui ralentit la vitesse de l’écoulement et donc l’érosion. Il est

possible de les aménager en amont d’une pente raide afin de dévier le

ruissellement ou alors au pied d’une pente faible pour éviter que l’eau ne

s’étende sur d’autres surfaces. Elles doivent être entretenues afin que

l’écoulement ne soit pas entravé (Guillou, 2008).  

 

Figure 35 : voie d’eau végétalisée dans un champ (Guillou, 2008).

57

7. Conclusion

Ce travail a mis en lumière les différents aspects de la problématique du

ruissellement de surface. Pour commencer, les bases théoriques ont montré la

complexité des paramètres qui interviennent dans le développement du

processus. L’infiltration est le paramètre qui détermine l’ampleur du

phénomène, c’est pourquoi une attention particulière lui a été accordée.

Ensuite, différents mécanismes de formation du phénomène ont été discutés.

En résumé, le ruissellement hortonien est le plus fréquemment rencontré en

été sous les latitudes tempérées. Il se produit à la suite de fortes pluies

orageuses lorsque la capacité d’infiltration du sol est inférieure à l’intensité des

précipitations. En revanche, lors de précipitations durables, il est plus courant

d’observer un ruissellement de surface saturée. En outre, des cas particuliers

ont été abordés afin d’illustrer les facteurs aggravants du phénomène. L’autre

point important était aussi de montrer les outils à disposition pour l’analyse du

phénomène. La méthode numérique offrait ainsi une approche globale à large

échelle. La deuxième est plus pragmatique et se tourne vers une analyse locale

de terrain. Elles sont complémentaires l’une de l’autre.    La seconde partie du travail était une mise en pratique de la démarche dans la

région de Lyss. Les multiples scénarii d’étude ont ainsi montré une grande

variabilité locale des débits en raison des particularités de chaque secteur. De

plus, il s’est avéré que les surfaces étaient plus sensibles aux précipitations de

courtes durées qu’aux précipitations durables car les débits estimés étaient

plus élevés. L’analyse des conséquences du ruissellement a également dévoilé

un manque de prise en considération de l’aléa dans l’aménagement local..

Enfin, ce travail a présenté des mesures pour prévenir et atténuer le

ruissellement tant en milieu urbain que rural.    Le ruissellement de surface est donc un phénomène complexe qui mérite

d’être intégré dans les cartes de danger des communes. L’urbanisation

croissante des territoires et l’augmentation probable des précipitations

intenses vont sans doute accentuer ce phénomène et ses conséquences. Il est

donc nécessaire que l’aléa soit cartographié d’une part pour reconnaître

facilement les zones vulnérables. D’autre part, pour faciliter l’assimilation des

mesures de protection dans les planifications locales.

58

8. Bibliographie

Bibliographie spécif ique

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65

9. Annexes

Annexe 1 : carte de la commune de Lyss

Busswil bei Büren

Commune de Lyss

66

Annexe 2 : carte des zones d’étude

   

67

Annexe 3 : tableaux des coefficients de ruissellement (C)

     

Type

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130.

250.

55

68

Annexe 4 : graphique des vitesses d’écoulement  

 

 

69

Annexe 5 : surface d’accumulation (pente <3%) et d’écoulement (pente >3%) des deux zones d’études, résolution 5m (Swisstopo, 2015c).

 

70

Annexe 6 : carte des sols et du réseau hydrographique de la zone 1

   

71

Annexe 7 : carte des sols de la zone 2  

   

 

72

Annexe 8 : résultat de la modélisation de geo7 AG

 

 

73

Annexe 9 : carte des secteurs de la zone 1  

 

74

Annexe 10 : carte des secteurs de la zone 2

 

 

75

Annexe 11 : cartes de l’analyse locale du ruissellement par secteurs  

 

76

 

 

77

 

78

 

 

79

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Débit max ruisselé par surface [l/s]

1Pr

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Annexe 12 : tableaux de calcul du débit par secteurs et par scénari i

80

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Remarques

Coefficient R (min)

Coefficient R (max)

Surface [m2]

Intensité pluviométrique min [l/sm2]

Intensité pluviométrique max [l/sm2]

Capacité max système d'évacuation [l/s]

Capacité min système d'évacuation [l/s]

Débit min ruisselé par surface [l/s]

Débit max ruisselé par surface [l/s]

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Annexe 13 : tableau synthétique des résultats