Contribution à l'étude du ruissellement urbain en ?· 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 PLAN Préambule…

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  • UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC

    INSTITUT FRANAIS DE RECHERCHE SCIENTIFIQUE POUR LE

    DEVELOPPEMENT EN COOPERATION (ORSTOM)

    MEMOIRE DE D.E.A.

    CONTRIBUTION A L'ETUDE DU RUISSELLEMENT URBAIN

    EN AFRIQUE DE L'OUEST:

    compatibilit de logiciels d'hydrologie urbaine avec les

    concepts de ruissellement proposs en Afrique de l'Ouest

    Prsent le 20/10/89 par M. NDOYE Issa-Diop

    devant le jury compos de :

    MM. C. BOCQUILLON

    C. BOUVIER

    M.DESBORDES

    J.C. HEMAIN

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    PLAN

    Prambule

    Introduction 1

    1re PARTIE : RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE 2

    Introduction 3

    1. Les modles d'assainissement pluvial 4

    1.1. Modles pluvio mtriques 7a) Gnralits 7b) Modlisation pluviomtrique en Afrique de l'Ouest.. 8

    b1. Pluie de Projet. 8b2. Simulation de chroniques 11

    c) Conclusion 13

    1.2. Modles de ruissellement 14A. Pertes au ruissellement 14

    a) Gnralits 14a.1. Modlisation des pertes 15

    b) Modtisation des pertes: cas de l'Afrique de l'Ouest.................................................................................................................18

    B. Modle de ruissellement. 19a) Gnralits 19

    a.1. Modles conceptuels 20b) Modles utiliss en Afrique de l'Ouest.. 22

    b.1. Modles drivs de la formule rationnelle 22b.2. Modle propos par Desbordes 24b.3. Modles labors par les chercheurs de

    1'0RSTOM 241. Gnralits 242. Dfinition des surfaces de ruissellement.........................................................................................253. Modles de production 264. Remarques sur ces modles 27

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    1.3. Modles d'coulement en rseau 28a) Gnralit.s 28b) Modles de transfert utiliss en Afrique de 'OuesL 29

    - Formule rationnelle 29- Oprateur de Lebarb 29- Modle rservoir linaire 29

    1.4. Conclusion bibliographique 30

    2me PARTIE : PRESENTATION DES LOGICIELS 31

    1. Logiciel M()use 32A. Modle de ruissellement A 32

    1. Hypothses et principes 322. Schma de transfert 32

    B. Modle de ruissellement Niveau B 341. Principes 342. Processus hydrologiques 353 - Processus hydrauliques: Thorie 364. Calculs hydrologiques 39

    Il - Prsentation du logiciel Teresa 40A. Le module de gnration des hyetogrammes de base 40B - Le module de production 40C. Le module de ruissellement 41

    1. Bassins urbains 412. Bassins ruraux 43

    D. Dtermination du p~ramtre K 441. Bassin urbain 442. Bassin rural 44

    E. Module hydraulique 44

    III - Compatibilit : Mouse, Teresa, Modles ORSTOM 481. Modle 1 Niveau 1 48

    a} Mouse 48b} Teresa : 48

    2. Modle 1 Niveau 2 53a) Mouse : 53b) Teresa 53

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    3. Modle 2 Niveau 1 53a) Mouse 53b) Teresa 53

    4. Modle 2 Niveau 2 54a) Mouse 54b) Teresa 54

    5. Utilisation pratique des 2 logiciels 54a) Dfinition des surfaces de ruissellement.. 55

    al. Teresa 56a2. Mouse 56

    b) Schmas de ruissellement et donnes 56bl. Mouse 57b2. Teresa 59

    3me PARTIE : CAS D'APPLICATION 63

    1. Simulations: rsultats 641. Modle 1 Niveau 1 : Ml Nl 65

    a) Mouse 65a.l. Donnes de simulation 65a.2. Production calcule 66a.3. Production simule 66

    b)Teresa 672. Modle 1 Niveau 2: M1N2 69

    a) Mouse 69b) Teresa 69

    3. Modle 2 Niveau 1 70a) Mouse 70b) Teresa 71

    4. Modle 2 Niveau. 2 71a) Mouse 71

    Il. Rsultats : commentaires et remarques 731. Modle 1 73

    a) Mouse (Niveau B) 73b) Teresa 73

    2. Modle 2 , 74a) Mouse (Niveau A) 74b) Teresa 74

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    III. Remarques et conseils pratiques d'utilisation 75A. Modle 1 75

    1. Mouse : utiliser le niveau B 75a) Dfinition des surfaces de ruissellement.. 75b) Production 75c) Transfert 76

    2. Teresa 76a) Surfaces de ruissellement.. 76b) Production 76c) Transfert 76

    B. Modle 2 771. Mouse : utiliser le niveau A de mouse 77

    a) Surfaces de ruissellement.. 77b) Production et transfert 77

    2. Teresa 77a) Surfaces de ruissellement.. 77b) Production et transfert 78

    Conclusion gnrale 79

    Bibliographie 80

    Liste des figures et tableaux 83

    Annexes 84

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    INTRODUCTION

    L'hydre.: gie urbaine est un domaine de recherche relativement rcenten Afrique d~ l'Ouest. Par le pass, on s'est content d'utiliser et d'appliquerles concepts ~! mthodes d'assainissement pluvial mis au point dans les payseuropens. CS concepts et mthodes ont t la base de l'laboration desoutils oprat.:nnels d'assainissement pluvial.

    Les rec-:erches menes dans le domaine de l'hydrologie urbaine enAfrique de 'Ouest (Lebarb et Bouvier au Burkina Faso et au Niger,Sighomnou n Cte d'Ivoire) ont montr l'inadquation des conceptsclassiques c' -:ydrologie urbaine (la formule rationnelle et ses drivs) dans lecontexte urb~;n ouest-africain.

    \1 imper:e ds lors de rechercher les voies et moyens d'utilisation desoutils opr:ionnels d'assainissement pluvial en tenant compte desspcificits cu milieu urbain ouest-africain. Notre mmoire de recherches'inscrit dans cette perspective.

    La pre,-:ire partie est consacre l'tude bibliographique concernantles modles j'assainissement pluvial et leur application en Afrique de l'Ouest.

    La sec~nde partie dveloppe une tude de l'utilisation de 2 logicielsd'hydrologie urbaine Mouse et Teresa et une rflexion sur la compatibilit deces logiciels avec les concepts proposs pour l'Afrique de l'Ouest.

    Dans la troisime et dernire partie, nous avons vrifi l'utilisabilit deces logiciels en traitant d'un cas particulier d'un bassin urbain de la ville deNiamey au Niger.

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    PREAMBULE

    Mes remerciements vont tout d'abord M. Jaccon, responsable duLaboratoire d'Hydrologie de l'OR8TOM de m'y avoir accept commestagiaire.

    Je remercie sincrement M. C. Bouvier de m'avoir encadr, conseill etencourag pendant toute la dure de mon stage.

    Je remercie galement la plupart des chercheurs du laboratoire o j'aitrouv de bonnes conditions de travail et une atmosphre chaleureuse.

    Mes remerciements vont aussi aux chercheurs du L.H.M. qui ont bienfacilit mon travail de traitement avec les logiciels Mouse et Teresa.

    Je remercie M. Bocquillon d'avoir bien voulu prsider ce jury, et MM.Desbordes M. et Hemain J.C. d'avoir bien voulu en faire partie.

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    1re PARTIE

    RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE

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    INTRODUCTION

    Dans notre rapport bibliographique, nous nous proposons de prsenterl'tat de l'art, de manire synthtique dans le domaine de l'assainissementpluvial, en Afrique de l'Ouest.

    Nous y traitons successivement des modles pluviomtriques, desmodles de ruissellement et des modles d'coulement dans les rseaux.

    En ce qui concerne les modles pluviomtriques, nous faisons le pointsur les modles les plus utiliss : les modles de pluie ponctuelle, lesmodles de pluie de projet et les modles de distributions spatiales.

    En second lieu, nous avons expos les principes d'laboration desmodles de ruissellement aprs avoir trait des modles de pertes auruissellement. Nous terminerons cette partie consacre au ruissellement parles modles utiliss en Afrique de l'Ouest.

    La partie consacre aux modles d'coulement dans les rseauxconclut notre rapport bibliographique.

    Nous n'avons pas dvelopp dans ce rapport les bases thoriques desdiffrents modles cits. Les rfrences bibliographiques donnes en annexecomblent cette lacune. Le lecteur intress pourra les consulter avec profit.

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    1. LES MODELES D'ASSAINISSEMENT PLUVIAL

    Les phnomnes hydrologiques (pluie, ruissellement) et hydrauliques(coulement dans les rseaux) sont complexes en milieu urbain. En effet, cesphnomnes prsentent une trs grande variabilit spatio-temporelle et sontsouvent d'occurrence alatoire.

    On conoit ds lors que seule une analyse fine spatio-temporelle desphnomnes hydrologiques et hydrauliques puisse permettre de proposerdes solutions judicieuses aux problmes poss par l'assainissement pluvial.De ce constat, est ne en hydrologie urbaine la simulation de cesphnomnes (modles) dont l'approche peut tre phys.ique, analogique oumathmatique, voire empirique.

    Ainsi ont t mis au point de nombreux modles dcrivant les diversescomposantes du cycle de l'eau en milieu urbain. L'agencement de rnpdles(ou modules) simulant la pluie, le ruissellement superficiel et l'coulementdans les rseaux de drainage a conduit la notion de modled'assainissement (voir Fig. 1 et 2) qui apparat comme ecun systmed'organisation et de commande des oprations de simulation ralises pardes modles spars. La mise en uvre des modles ncessite alors lechoix d'un pas d'espace et de temps qui peut tre variable selon les castudis et l'approche des phnomnes. C'est ce qui explique la profusiondes modles d'assainissement rencontrs dans la littrature dont lesdiffrences rsident dans le niveau d'analyse spatio-temporelle et/ou lesapproches (((coles).

    La structure des modles d'assainissement pluvial utiliss en Afrique del'Ouest est la mme que pour ceux mis au point en Europe mais l'laborationdes modles pluviomtriques, d'coulement superficiel et de propagationdans les rseaux se heurte plusieurs problmes lis l'tat actuel de larecherche dans ces diffrents domaines dans le contexte urbain ouest-africain.

    Nous prsenterons successivement en nous rfrant la figure 1 : lesmodles pluviomtriques, les modles de ruissellement superficiel et enfin lesmodles d'coulement dans les rseaux.

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    HYDROLOGIE

    HYDRAULIQUE

    ~

    RUISSELLEMENT

    PHENOMENESPLUVIOtTRIQUES

    ECOULEMENT EN RESEAU

    Fil:rure ~ - Organisation gnrale des modlesd 1 assainissement

    ( DE~OROeS ) 1984 )

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