Quel rôle possible du développement périurbain face aux inondations urbaines ? Par P. Breil, C. Poulard, I. Braud (Cemagref Lyon) B. Chocat (INSA Lyon), L. Schmitt (Lyon 2), B. Radojevic (UNESCO) Inondations Urbaines - CNFSH - 11 & 12 /06/2009

Démographie Mondiale Population urbaine 86% dans pays développés en 2050 67% dans les PED 82% en France en 2006 (INSEE) Pourquoi s’intéresser à l’hydrologie du milieu périurbain? Accroissement de la pop urbaine :expansion et ou densification des villes En France le delta est de 2% mais cela peut encore modifier considérablement l’environnement périurbain, ceci en particulier dans le contexte du développement durable. D’autres comme Johanesbourg privélégient l’étalement urbain et le transport mulimodal pour maintenir un cadre de vie en lien avec la nature. C’est la tendance des villes historiques en métropole (Paris, Toulouse, Lyon,..) car le resserement urbain impliquerait des travaux coûteux. Ainsi certains schémas de développement urbain sont à la densification (Amsterdam) dans une logique de services centralisés et de bilan énergétique global. Cela nécessite d’avoir pensé les infrasctrures et les VRD de longue date. Il faut ajouter à cela que le développement des techniques alternatives, des ‘softs ou green paths’ pour la gestion des eaux pluviales nécessiterait de reperndre une grande partie du bâti. Tiré de “World Urbanization Prospects. The 2007 Revision. Highlights. UNEP”

Le périurbain pour l’INSEE? 60% 22% Le concept d’espace périurbain est défini par l’INSEE comme des Zones d’habitation (2000 habitant , 200 m max) située en périphérie du pôle urbain qui constitue son bassin d’emploi. Ce sont des satellites urbains. Cela se traduit par des axes de liaison multimodaux et un mouvement pendulaire des résidents périurbains en semaine. Tiré de “l’INSEE etalement_urbain_cle1114f1.pdf” % : population en 2006

Périurbanisation et VRD 250 000 km de réseau d’assainissement 10% > 60 ans 44% en unitaire Décennie 70: Pose “défectueuse” dans zone d’extension urbaine 7 M d’euros pour remise à niveau puis 1 M/an de maintenance (D’après Berland & Juery, OIE-SNIDE-2003) Le développement périurbain a révélé un certain nombre de problèmes d’aménagement du territoire et donné lieu à la mise en place des plans d’aménagement comme le PLU, le PDU et le PLH. L’un de ces problèmes est la structuration des réseaux de collecte des eaux usées et pluviales. L’augmentatioin des surfaces imperméables a augmenté les besoins en capacité d’assainissement sans que les collectuers centraux n’est était dimensionné à cet effet. A cela s’ajoute le viellissement de ces réseaux qui se traduit par une perte de capacité. Une étude récente de l’OIE montre que l’état du parc actuel nécessite des travaux de réhabilitation conséquent pour la situation actuelle. Le développment périurbain ne fera qu’augmenter cette charge si l’on ne trouve des solutions dites alternatives au “tout tuyau” Doit on continuer le “End to Pipe”? 1962 1996

Pérurbanisation et risque d’inondation La liaison Aléa / Vulnérabilité L’imperméabilisation augmente le ruissellement L’urbanisation augmente la vulnérabilité Le développement périurbain augmente le ruissellement et sa fréquence. Il agit ainsi sur l’aléa des inondations par ruissellement intense ou débordement de cours d’eau. Si les structures d’évacuations des eaux pluviales sont bien dimensionnées localement, les surverses de temps “exceptionnel” contribuent à accélérer les écoulements vers un aval plus urabanisé et donc plus vulnérable dans le schéma des villes européennes construites autour des fleuves : les écoulement allant de la périphérie vers le centre.

Cas de l’ouest lyonnais… Le cas de la ville de Lyon illustre bien ce contexte. Nous voyons ici l’expension de l’aire urbaine (pole urbain + aire périurbaine) sur 25 ans. Les petits cercles montrent le phénomène de croissance des satellites urbains et leur connexion (via des axes de communication) au pole urbain. Croissance Connexion  intégration

Exemple de la ville de Lyon Projection de la population de l’aire urbaine de Lyon Couronne périurbaine Aire urbaine Pôle urbain L’historique et la projection de la population pour l’aire urbaine lyonnaise montrent le décollage de l’expansion de la couronne périurbaine dans les années 70 et le gain pour l’essentiel localisé dans cette couronne pour 2030. Source INSEE

Simuler l’aléa présent Modèle Canoe (INSA –Sogreah) Composantes Urbaine Rurale (calage saisonnier) Mixte Simulation événementielle mais… Validation en régime de crues (méthode QdF –Cemagref) Afin d’anticiper sur la problématique des inondations urbaines, il est utile de savoir simuler l’aléa présent pour prévoir les conséquences du développement périurbian. Cela nécessite de développer une modélisation spatialisée ou distribuée du bassin périurbain afin de représenter les différents processus hydrologiques liés aux entités urbaines, rurales et mixtes. L’hydrologie urbaine a sourtout développé par le passé des modèles événementiels permettant de dimensionner des ouvrages de transfert ou de stockage du ruissellement pluvial. Cela tient au fait que seule les aires imperméables étaient considérées au travers d’un coefficient de ruissellement et de l’hypothèse d’uine transformation directe de la pluie en débit sur ces surfaces. L’hydrologie rurale impose une modélisation continue pour tenir compte des conditions d’humidité des sols qui régulent la tansformation de lapluie en débit. Les modèles urbains ont ainsi des difficultés à représenter des écoulements périurbains mélant les deux types d’écoulement : rural et urbain. La validation de la modélisation périurbaine ne peut en conséquent s’appuyer sur des crues de projets et des indicateurs tels que le critère de Nash du fait d’un timing par toujours respecté. Nous avons proposé dans un premeir temps de valider ce type de modélisation par sa capacité à bien représenter les quantiles de crues. C’est une validation en régime de crues plutôt qu’en événement ou chronique.

Rapports sur les quantiles de la décennie 69-88 Simuler l’aléa futur Rapports sur les quantiles de la décennie 69-88 53% - 2030 24% - 2004 19% - 1996 Un tel modèle calé sur événements et validé en quantiles de crue permet de simuler des scenarii futurs d’urbanisation. Le graphique du haut montre les rapports des quantiles de crues à ceux simulés avec l’OS de la décennie 69-88. Différents niveaux d’urbanisation (passé et futur) sont testés. On retrouve l’influence urbaine sur les “petites crues” pour des taux d’urbanisation de 10 à 20%. On note l’augmentation importante des rapports pour le scenario d’urbanisation en 2050. Ces valeurs sont malgré tout corroborées par des résultats de la littérature Ainsi Hollis obtient il un rapport .de 4 similaire pour la pointe de la crue 10 ans avec un taux d’urbanisation de 50%. Des travaux sur l’impact géomorphologique du développment urbain sur les gabarits des cours d’eau confirment ces ordres de grandeurs. Des ordres de grandeur confirmées

Effet des autres mutations… 100 20% impervious urbanisation 50% impervious Dé ou re forestation 70% vineyard / 90% forest Rapport des pics de crue après sur avant changement 10 Hollis, 1975 * Galéa et al., 1993 Le développement périurbain s’accompagne d’autres mutations comme la mise en friche des terres agricoles dont la valeur foncière monte et la reprise des forêts en marge. On note ainsi sur le bassin de l’Yzeron 11% de reprise forestière (15 km2) au détriment des cultures et prairies entre les années 70 et 90. Il est donc interessant de comparer les effets hydrologiques de ces mutations. On retrouve ici les résultats de Hollis et ceux obtenus sur 2 bassins appariés de 50 km2 ds le Beaujalais : l’un à 70% en vignoble et l’autre à 90% en forêt. On note que sous ces conditions le ruissellement occasionné par le vignoble est du mm ordre de grandeur que celui occasionné par 20% d’urbanisation pour la 10 ans et à 50% d’urbanisation pour la 100 ans. 1 0.1 1 10 100 Période moyenne de retour (ans)

Les opportunités de la périurbanisation Ralentir les écoulements pluviaux, mais aussi Parmi les possibilités ‘théoriques’, nous travaillons surtout sur les aménagements de retention, qui ont un effet plus significatifs et qui sont moins difficiles à modéliser et dimensioner. Le principe est de limiter le débit, et de prévoir le stockage des excédents pendant la crue. Nous pensons que les aménagements de type ‘ralentissement’ en versant par gestion de l’occupation du sol et de la rugosité peuvent plutôt être préconisés pour réduire localement l’érosion des sols et, par exemple, la qualité des eaux (bandes enherbées pour limiter les flux de pesticides vers la rivière)‏ (d’après C. Poulard) ….désynchroniser les concomitances 11

Désynchroniser les affluents majeurs… Dt Réponse urbaine Q aval Zone à protéger Q t 1h (théorique)

Peut s’avérer économiquement efficace 2 barrages 1 barrage Dans la configuration à 2 barrages secs, l’hypothèse de crues synchrones est défavorable mais de fait les ouvrages renforceraient la synchronisation

Etendre l’aire de protection

Rétention à la parcelle Cas du périurbain ouest lyonnais Hypothèse d’un taux moyen d’imperméabilisation de 50% (zone pavillonnaire détachée, données Grand Lyon) + 18 km2 de surface imperméable en 2050 Rétention de la pluie T=30 ans avec débit de fuite de 5l/s par hectare

Estimation de l’effet Sur 24h Pluie 100 ans = 110 mm sur 15 % du bv rétention 60 mm mais restitution de 43 mm soit 17 mm stockés Pluie 100, 24 = 0.85*110 -0.15*17 = 91 mm Soit dans l’absolu une pluie 30 ans sur 24h. 60 mm, soit 6m3 pour 100 m2 imperméable

Trois philosophies … Une logique Espace/Temps liée aux rythmes “Saint-Simonien” Centralité urbaine dédiée “Entreprises, Recherche & Culture” Horaires des activités maintenus Priorité aux axes de communication rapide “Rhénan” Densification urbaine mais… Priorité à l’environnment Taille limitée & transports doux, techniques altenatives pour le pluvial Protection des inter-espaces ruraux Quelle hydrologie périurbaine pour demain? Compte tenu des effets de l‘aménagement urbain sur l’accélération ou le relentissement du ruissellement, ne faut-il pas développer une hydrologie prospective s’inspirant des modèles de développement proposés de manière à utiliser au mieux les effets non structurels plutôt que d’intervenir a posteriori pour protéger les zones aval. “Califorinen” Disparition du centre urbain Mixité spatiale des activités Horaires des activités non contraintes Priorité au télé travail & nv tech.

Conclusion Pour accroître la résilience ou “viabilité” vis à vis des crues urbaines Sur le court terme, gérer la protection des zones exposées par des barrages secs Sur le long terme, introduction de solutions “alternatives” de rétention à la parcelle L’organisation spatiale du développement urbain : quel modèle d’urbanisation privilégier

Approche du bilan hydrologique périurbain 2 1 AEP (importation) 3 Cultures et Forêts 4 Friches / connexion fossé-réseau 5 Connexion inter-bassins Multiplication des do + rd Mutation des sols Drainage de nappe, source Le + souvent en RU Exportation (Step) RU ou RS

Un modèle à trois temps! Pluies faibles (fréquentes) Pluies fortes (peu fréquentes) Temps sec Définir les bassins périurbains par leurs exutoires artificiels (do) pour faire des bilans (projet ANR-Avupur)

(d’après Ostrowski, 1998, modèle distribué WBMTud) De la position de l’urbain… (d’après Ostrowski, 1998, modèle distribué WBMTud) Tests sur les rapports des débits de pointe T >1 an Forme du bassin (7 formes ) / moyenne des pointes +- 20% Pente (1 à 10%) / 5% +- 15% Humidité initiale (50 à 100%) / 50%) + 40% Position de 10% imperméable (amont,médiane,aval) / médiane +- 50%

Mieux représenter les interconnexions urbain-rural Projet ANR Avupur (2008-2011)

Evaluer la vulnérabilité Passée, présente et future..

tiré de J.P. Traisnel, CNRS, PIRVE 23 oct 2007