Version du 23 septembre 2015 à 11:03

Introduction

Localisation du secteur d'étude

La Direction Départementale des Territoires et de la Mer de Corse du Sud (DDTM2A) a confié au Cerema Direction Territoriale Méditerranée la réalisation d’une étude hydraulique sur la commune de Bonifacio. L’objet de cette étude est de définir quantitativement l’aléa inondation (hauteurs d’eau et vitesses d’écoulement) généré par deux « cours d’eau » (Vallon Saint Julien et Valle) qui viennent terminer leur tracé dans le port de Bonifacio.

L’étude comporte deux phases :

• la phase 1, qui comprend notamment une visite de terrain permettant d’appréhender le contexte et de définir les besoins topographiques, et une analyse des bassins versants et des données disponibles afin d’estimer les débits de crue,
• la phase 2, qui prévoit la réalisation d’un modèle hydraulique 1D des deux cours d’eau en vue d’établir des cartes d’aléa (hauteurs d’eau et vitesses d’écoulement).

Bassin versant du Valle

Bassin versant du Saint Julien

L’approche hydrologique

Analyse du bassin versant du Valle

Ce bassin versant, orienté nord/sud, longe la RN198, puis la RN196. La visite de terrain nous a permis d’identifier le bassin versant et de localiser le cours d’eau et d’en estimer les caractéristiques en termes de réponse hydrologique. Le bassin versant identifié possède une surface de 22ha et a été décomposé en trois sous bassins (de l’amont vers l’aval 8 ha, 6 ha et 8ha), afin de décrire au mieux nos observations.

Le temps de concentration résultant de ces deux types d’écoulement est de l’ordre de 45 minutes. Les caractéristiques pluviométriques de Bonifacio étant proches de celles d’Ajaccio, nous retenons les coefficients de Montana utilisés à Ajaccio dans l’étude de SOGREAH en 2006, ce qui nous amène, pour un temps de concentration de 45 minutes, à retenir une intensité de pluie décennale de 43 mm/h. En appliquant la formule rationnelle préconisée par le GTAR pour des bassins inférieurs à 10 km2, avec un coefficient de ruissellement de 0,3 (valeur moyenne pour un bassin versant majoritairement naturel, pour une période de retour de 10 ans), nous obtenons un débit de pointe décennal généré par les deux sous-bassins de 5 m3/s. Avec le sous-bassin amont, la valeur estimative du débit de pointe décennal est de l’ordre de 5 à 6 m3/s. Cette estimation est très approximative. En effet, l’incertitude liée à cette estimation est au moins équivalente à celle de la méthode Crupédix, soit un intervalle de confiance à 70 % de [3,5 m3/s ; 8 m3/s]. À titre d’information, si on suppose que l’écoulement de 5 m3/s’effectue entièrement sur la plate-forme routière, avec une pente de 2 %, sur une largeur de 8 m et dans des conditions d’écoulement uniforme, on obtient une hauteur d’eau de 25 cm environ sur la route, avec une vitesse d’écoulement de 1,25m/s (le résultat est quasiment identique pour un débit de 6 m3/s).

Analyse du bassin versant Vallon Saint Julien

Ce bassin versant, orienté est/ouest, majoritairement constitué de zones de végétation arbustive et de zones agricoles, comprend zones urbanisées à l’aval (près du port), et le long du talweg « Vallon Saint Julien ». En première analyse, il apparaît que le bassin du « Vallon Saint Julien » s'étend, à l'est, jusqu'au lieu-dit « Corcone », soit une surface de 40 ha environ. Cependant, une analyse plus fine du Scan25 et du MNT révèle la complexité de son fonctionnement, particulièrement sur la partie amont du bassin (partie Est).

À l’amont du sous-bassin, on identifie trois sous-bassins dont la topographie se présente sous forme de « cuvettes ». Pour la suite de l’étude, nous les nommons Catarana, Campu Longu et Bella Cattarina. Ces « cuvettes » drainent des sous-bassins respectivement de 10 ha, 3,5 ha et 4,5 ha, dont le fonctionnement paraît déconnecté de l’aval. La carte suivante, élaborée à partir d’un MNT au pas de 1 m, met en évidence ces « cuvettes ».

Au vue de la topographie du terrain, et sans qu’il soit besoin d’une analyse hydrogéologique plus poussée, on peut considérer que ces trois sous bassins ne contribuent pas à la réponse hydrologique en crue du Saint Julien au niveau du port de Bonifacio. La surface de ces bassins, qui représente 18 ha sur les 40 ha du bassin total, ne sera pas prise en compte pour l’estimation d’un débit de crue.

Ce sous-bassin de 7,5 ha comporte, du nord vers le sud, une partie relativement plate, suivie d’un coteau à forte pente et une plaine en contrebas, puis la route départementale 58, et enfin de nouveau un coteau avec une forte pente. Le bassin est drainé par un talweg qui peut se décomposer en deux parties :

• Une partie Est peu urbanisée, vers l’ancien couvent, dans laquelle le talweg est peu marqué et difficile à localiser. On remarque la présence de nombreuses haies transversales, créant une succession d’obstacles à l’écoulement.
• Une partie Ouest plus urbanisée, où le talweg se présente sous forme d’un canal de faible dimension, traversant des propriétés privées.

À l’aval du sous-bassin, un pont routier qui permet d’accéder à un supermarché depuis la RD58 traverse le talweg. Ce pont constitue un barrage d’environ 7 mètres de haut, ne laissant passer qu’un faible débit par une ouverture de taille restreinte située au niveau du sol.

L’ouvrage voûté sous le pont, de taille approximative 1m x 0.5m, est fortement ensablé. Sa surface de 0.4m2 peut laisser passer un débit maximum de 2m2/s. En cas de crue, le pont joue donc un rôle d’écrêtement.

Pour la partie sud, nous obtenons un temps de concentration de 1h environ, soit, en considérant un coefficient de ruissellement de 0.3, et une intensité de pluie de 32mm/h, un débit de pointe décennal de 2 m3/s. En cumulant ces résultats avec le sous-bassin Saint Julien, on obtient une approximation du débit décennal sur la totalité du bassin « Vallon Saint Julien » de l’ordre de 6 m3/s avec un intervalle de confiance à 70 % de [4 m3/s; 9 m3/s], soit un débit de pointe du même ordre de grandeur que celui généré par le bassin versant du Valle.

Synthèse de la visite de terrain

Sur l’estimation des débits

Les obstacles à l’écoulement présents sur les bassins (murs de clôtures, éventuellement ouvrages hydrauliques enterrés), ainsi que l’absence de données (données pluviométriques et hydrauliques historiques) rendent difficile l’estimation d’un débit de projet. On peut fournir un ordre de grandeur du débit de pointe décennal généré par les bassins (de l’ordre de 5 m3/s pour le « Valle » et 6 m3/s pour le « Vallon Saint Julien »), mais cette estimation reste empreinte d’incertitude. De plus nous ne disposons d’aucune information historique nous permettant de valider les calculs.

Sur la connaissance du fonctionnement du bassin versant

Nous manquons d’information sur le réseau d’assainissement à l’abord de la partie urbanisée des bassins pour comprendre réellement le fonctionnement de l’écoulement au niveau du port, et pouvoir conclure sur l’impact de cet écoulement. On ne pourra s’affranchir, pour la poursuite de l’étude, d’une enquête auprès des services techniques de la ville de Bonifacio et de la CTC.

Sur la modélisation des cours d’eau

Sur le bassin « Vallon Saint Julien » le cours d’eau, lorsqu’il est identifiable, se présente sous la forme d’un talweg pourvu de nombreuses haies et murs transversaux faisant obstacle à l’écoulement, et créant ainsi des cuvettes successives. Avec un modèle 1D, il apparaît difficile de représenter cette configuration. De la même manière, sur le bassin versant « Valle », l’existence éventuelle d’ouvrages enterrés rend plus difficile la qualification de l’aléa avec une modélisation 1D. Malgré ces contraintes, nous allons réaliser un modèle simplifié en essayant, par une analyse plus détaillée, de valider ces résultats.

Conclusion de l'analyse hydrologique

Les paragraphes précédents ont montré la complexité de ce territoire en termes de trajet hydrologique et de caractérisation des bassins versants jouant un rôle lors des crues soudaines. Faute de données sur la station du Pertusato, l’analyse hydrologique est liée aux données hydrologiques issues de la station d’Ajaccio. Les coefficients de Montana sont issus du rapport d’étude SOGREAH, 2006. La DREAL Corse, nous a fourni les coefficients de Montana de la station de Figari qui ont fait l’objet d’une comparaison avec ceux d’Ajaccio. Les résultats donnent des valeurs quasiment identiques. Compte tenu que les bassins versants de Saint Julien et du Valle sont proches de ceux de l’étude d’Ajaccio, il nous apparaît cohérent de prendre un coefficient multiplicateur de l’ordre de 2,4 à 4 pour transformer le débit décennal Q10 en débit centennal Q100. Pour le Saint Julien et le Valle, on obtient un débit centennal qui varie de 15 à 25 m3/s puisque les débits décennaux sont du même ordre (6 m3/s)

Modélisation Hydraulique

Réseau hydrographique modélisé

Réseau modélisé

Le réseau hydraulique modélisé est constitué :

• d’un tronçon du Vallon de Saint Julien. Il s’étend de la route départementale RD58 à la mer sur un linéaire de 1800 m. Un affluent en rive droite est aussi pris en compte.
• d’un tronçon du Valle, longeant la route nationale RN 196 sur un linéaire de 2200 m jusqu’au port.

Le secteur d’étude est caractérisé par une forte pente. Ainsi, la pente moyenne du lit du Vallon Saint Julien est de l’ordre de 3,6 % et de 6 % pour son affluent alors que la pente du Valle est de l’ordre de 2,6 % en moyenne sur le tronçon étudié.

Données existantes

Données historiques

Hormis des descriptions et des témoignages recueillis lors des visites de terrain et des réunions en mairie, aucun éléments n’a été déterminant afin de caractériser l’historique des inondations. Aucun niveau historique n’a été constaté, ni relevé. C’est pourquoi le modèle hydraulique n’a pas pu être calé sur des niveaux d’eau connus.

Cartographie Exzeco et EAIP

Le CETE Méditerranée a élaboré le concept d’EXtraction des Zones d’ECOulements. Cette méthode Exzeco se base sur l’utilisation de méthodes classiques d’analyse topographique pour l’extraction du réseau hydrographique à partir de bruitage du Modèle Numérique de Terrain (MNT) initial. Cette méthode à grand rendement est équivalente au remplissage des fonds de thalwegs avec une certaine hauteur d'eau comme paramètre d'entrée. Dans notre cas, une hauteur de remplissage (ou bruitage) de 1 m a été prise en compte. Les zones basses hydrographiques créées sont une approximation des zones potentiellement inondables dans les parties amont des bassins versants. Dans le cadre de la « Directive Inondation » n° 2007/60/CE et la mise en œuvre du volet de l’Évaluation Préliminaire du Risque Inondation, une Enveloppe Approchée des Inondations Potentielles (EAIP) pour les débordements de cours d’eau, thalwegs secs, torrents de montagne, les ruptures de digues de protection a été produite. Ce volet de l’Evaluation Préliminaire du Risque Inondation (EPRI) consiste en l’évaluation des impacts potentiels des inondations futures. Pour la France, l’option retenue est la constitution d’une emprise des inondations potentielles (EAIP) sans distinction de niveaux d’aléas, dans laquelle les enjeux sont comptabilisés. Cette EAIP permet de calculer des indicateurs d’impacts présentés dans l’EPRI, mais elle n’est elle-même pas représentée dans l’EPRI. Ce principe s’applique aux débordements de cours d’eau, aux thalwegs secs, torrents de montagne, et aux submersions marines. L’objectif de cette enveloppe est d’approcher au mieux des connaissances disponibles sur l’événement extrême potentiel. L’effet des ouvrages de protection n’est pas considéré (on considère les ouvrages comme transparents). Cela amène à considérer les contours de crues centennales (associées à des événements « moyens » par la directive inondation) comme insuffisants en première approche. L’approche Exzeco, les alluvions récentes Fz des cartes géologiques, les Atlas des Zones Inondables réalisés par l’approche hydrogéomorphologique et les contours d’inondations historiques extrêmes par exemple peuvent donner une bonne approche de cette enveloppe.

Cartographie hydrogéomorphologique

Le CETE Méditerranée (2013) a produit une étude sur la Réalisation de la carte multialéas « mouvement de terrain » et « hydraulique » dans les secteurs à enjeux de la commune de Bonifacio. Dans le cadre de cette étude, une cartographie au 1/10000 des zones inondables des cours d’eau du Saint Julien et du Valle a été produite.

Objectif de la méthode hydraulique

La réalisation du modèle hydraulique a pour objectif de préciser, sur le secteur d’étude, l’aléa hydraulique résultant d’une crue d’ordre centennal. La réalisation du modèle a été précédée d’une visite de terrain qui a permis d’apprécier les conditions d’écoulement en crue des cours d’eau, ce qui conditionne les hypothèses simplificatrices utilisées pour la construction du modèle. Ainsi lors de la visite nous avons constaté :

• l’absence de digues ou remblais tout le long des cours d’eau étudiés,
• la présence d’ouvrages transversaux entraînant des zones de stockage dans le lit majeur.

En outre, le modèle a été réalisé à l'aide d'une modélisation filaire (ou 1D), ce qui implique des hypothèses simplificatrices (vitesses parallèles à l'axe d'écoulement, une seule cote d'eau par profil en travers). Une modélisation 2D ou 1D à casiers n’aurait pas apportée des résultats plus précis compte-tenu de la qualité du MNT.

Données utilisées

Cartographie

La description cartographique des cours d’eau est issue de la base BD Topo Corse 2011. Cette donnée a été précisée à l’aide du modèle numérique de terrain.

Topographie

Les données topographiques utilisées pour la construction du modèle sont issues d’une campagne réalisée par l’IGN dans le cadre de la fourniture des données topographiques issues du RGE® ALTI. Le MNT est fourni sous forme de dalles Raster. Sur notre secteur, 8 dalles Raster de 1KmX1Km ont été utilisées :

• RGEALTI_FXX_1216_6054_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1216_6053_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1216_6052_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1217_6054_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1217_6053_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1217_6052_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1218_6053_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C
• RGEALTI_FXX_1218_6052_MNT_20130709_LAMB93_IGN78C

Débits et Condition aval

Les débits utilisés pour modéliser une crue centennale sont issus de l’analyse hydrologique. Ils couvrent une gamme de débits allant de 15 m3/s à 24 m3/s pour les bassins versants du Saint Julien et du Valle. Lors de la réunion du 19 février 2015, les participants (Préfecture de Corse-du-Sud, DDTM, Cerema, CTC et Commune de Bonifacio) ont souhaité obtenir les résultats de la modélisation sur la base d'un débit de pointe maximum de 15 m3/s.

La DREAL Corse a interrogé la DGPR sur la surcote marine à prendre en compte. Celle-ci a conclut que l'étude détaillée du niveau marin doit primer sur la référence à la valeur socle de 2,40 m (valeur pour la Méditerranée et les PPR Littoraux). Il convient donc d’appliquer une surcote de 1,50 m pour cette étude d’aléa.

Les hypothèses de calcul pour la suite de cette étude sont donc :

• Débit de pointe maximum : 15 m3/s
• Surcote à l'aval de 1.50 m

Mise en œuvre du modèle

L’objectif est d’estimer les hauteurs d’eau et les vitesses pour une crue centennale sur le Vallon Saint julien et le Valle.

A l'aide de Cartino, nous avons réalisé un modèle hydraulique simplifié dont les principales limites sont les suivantes :

• le logiciel effectue des calculs par modélisation 1D, il a donc les mêmes limites que les modèles mono-dimentionnels. Il considère que le niveau d’eau est le même en tout point sur chaque section de calcul.
• le calcul hydraulique est effectué à l’aide des codes Mascaret, Hec-Ras et Flutor. Il s’effectue en mode permanent (aucun effet de stockage ou laminage)
• la topographie utilisée est issue de données Lidar.
• il n’y a pas de distinction lit mineur/lit majeur, le coefficient de rugosité est une valeur moyenne sur l’ensemble des sections.
• les débits ont été injectés dans le modèle en fonction de la surface de bassin versant drainé.

Hauteurs d'eau

résultats bruts

résultats interprétés

Dans un premier temps, nous avons obtenu des résultats cartographiques difficiles à interpréter. L’ensemble des écoulements ne se faisait pas de manière continue le long des cours d’eau, essentiellement sur le Vallon de Saint Julien. L’illustration de la modélisation hydraulique 1D montre cette discontinuité. Elle semble mettre en évidence un problème sur le filtrage du MNT fourni par l’IGN. Nous avons mis en évidence, sur le Vallon de Saint Julien des axes d’écoulement découpés en « marche d’escalier ». De plus, le Lidar prend en compte les murets transversaux des propriétés, les haies d’arbres, etc. Il ne reflète pas le Modèle Numérique de « Terrain » mais plutôt un Modèle Numérique de « Surface ».

Vitesses

Le modèle hydraulique simplifié nous a fourni des valeurs de vitesses moyennes au droit de chaque profil en travers. Étant donné les hypothèses simplificatrices que nous avons prises, il faut considérer que les vitesses d’écoulement localement observables en crue peuvent être significativement différentes, plus fortes comme plus faibles. Notamment, la vitesse à proximité du lit mineur sera plus forte que la valeur moyenne, tandis que la vitesse en limite de zone inondable ou dans une zone de stockage sera moins forte. À partir de ces résultats, nous avons ainsi déterminé des polygones de valeurs de vitesses moyennes homogènes. Sur le Vallon de Saint-Julien (illustration), la partie amont est caractérisée par une succession de vitesses fortes et de vitesses faibles correspondant aux franchissements des différentes terrasses. Nous avons classé ce secteur en vitesse >1m/s étant donné que la pente moyenne y est importante et que l'axe d'écoulement en crue peut être aléatoire sur toute la largeur du profil en travers (pas de lit mineur identifié, risque d’embâcles, de ruptures d'ouvrages de soutènement...).

À partir de l’affluent du Vallon de Saint-Julien jusqu’à l’aval du modèle, les pentes sont moins fortes et la zone inondable est plus étendue. Dans l’ensemble les vitesses moyennes sont plus faibles et homogènes, elles sont de l’ordre de 0,5 à 1 m/s. Cependant les vitesses sont évidemment plus fortes dans le fond de lit mineur, difficile à identifier sur la donnée topographique LIDAR.

Cartographie de l'aléa

Grille de l'aléa

Grille d'aléa

Les résultats cartographiques sont issus de la méthode appliquée par la Direction Départementale des Territoires et de la Mer dans le département de Corse du Sud. La valeur de l’aléa (Modéré, Fort et Très Fort) est déterminée par un croisement entre les hauteurs d’eau et les vitesses d’écoulement).

Résultats obtenus pour la crue centennale

Les résultats cartographiques sont transcrits sur une carte à l’échelle du 1/5.000ème avec les fonds de plan de la BD parcellaire et de l’Orthophotographie de l’IGN. Les résultats cartographiques ne sont fournis que pour le débit centennal maximum de 15 m3/s avec une surcote aval de 1.50 m. Les cartes produites sont les suivantes :

• Carte des hauteurs d’eau
• Carte des vitesses d’écoulement
• Carte de l’aléa « inondation »

Bibliographie

• 2015, Cerema, Direction territoriale Méditerranée - Modélisation hydraulique sur la commune de Bonifacio - Rapport 112 pages
• 2013, CETE Méditerranée - Réalisation de la carte multi-aléas « mouvement de terrain » et « hydraulique » dans les secteurs à enjeux de la commune de Bonifacio – Rapport 56 pages
• 2006, SOGREAH - Évaluation du risque pluvial sur la commune d’Ajaccio – Étude hydraulique sur les bassins versants d’Arbitrone, San Remedio et La Madonuccia – Rapport R1, version 8.
• 2006, SETRA - Guide technique Assainissement routier, collection « les outils », 94 pages