PFE Protection Contre Les Innondations PDF [PDF]

Zitiervorschau

N° d’ordre : …/…. UNIVERSITE MOHAMMED PREMIER ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES D’AL HOCEIMA

Département : Génie Energétique, Environnement & Génie Civil

Mémoire de Projet de Fin d’Etudes Pour l’obtention du diplôme d’ingénieur d’état en Génie Civil

Etude de protection de la commune rurale Aichoune contre les inondations Réalisé Par : HAFIDI Achraf Effectué à : L’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya A.B.H.M

Encadré à l’ENSAH par :

Encadré à l’ABHM par :

EL OUARGHI Hossain

KHALDI Tawfiq

Soutenu le …/…/2018

Pr. EL OUARGHI Hossain Pr. ………………… Mr. ……………

devant le jury composé de :

Président (ENSAH) Professeur (ENSAH) Ingénieur au ………

Année académique : 2017-2018

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Remerciement

Au premier abord, tous mes remerciements à ALLAH le plus puissant qui m’a donné la force, le courage et la volonté pour élaborer ce travail. Qu’il me soit permis de remercier : • Monsieur EL OUARGHI Hossain, professeur à l’ENSAH, qui a supervisé avec rigueur et clairvoyance l’encadrement de ce projet et dont les contributions et orientations m’ont été fort utiles pour l’élaboration du présent travail. • Monsieur AL HOUADI Boubker, Directeur de l’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya, qui a eu l’amabilité de m’accueillir comme stagiaire. • Monsieur CHANIGUI Mohammed, chef de division gestion durable des ressources en eau à l’ABHM pour ses explications et ses aides précieuses. • Monsieur KHALDI Tawfiq, Mesdemoiselles El AZZOUZI Ryme, NAJI Chaimae et REMDANI Ahlam, Ingénieurs à l’ABHM, qui m’ont porté grand soutient. Qu’ils trouvent dans ces lignes l’expression de ma profonde gratitude et reconnaissance. Je tiens à remercier également Monsieur le directeur de l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées d’Al Hoceima (ENSAH) et les intervenants professionnels responsables de la formation pour la richesse des enseignements et des échanges tout au long de mon cursus. Merci à toutes les personnes qui m’ont aidé, de près ou de loin, à réussir aussi bien le stage que l’élaboration de mon projet de fin d’études dans d’aussi bonnes conditions.

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Dédicace A mes très chers parents … En reconnaissance aux sacrifices consentis pour mon éducation et ma formation. Votre affection, votre amour, vos prières et vos encouragements, m’ont permis de surmonter tous les obstacles. Aucune dédicace ne saurait, cependant, exprimer ma gratitude, mon amour, et mon profond respect. Toutefois veuillez trouver dans ce travail, le témoignage de mon attachement indéfectible, et ma reconnaissance pour vos immenses sacrifices. Que Dieu vous prête longue vie pour que je puisse vous combler à mon tour A mon cher frère Badreddine … Ton encouragement et ton soutien étaient la bouffée d’oxygène qui me ressourçait dans les moments pénibles, de solitude et de souffrance. En souvenir d’une enfance dont nous avons partagé les meilleurs et les plus agréables moments. Pour toute la complicité et l’entente qui nous unissent. A ma chère petite sœur Malak … Pour toute l’ambiance dont tu m’as entouré, pour toute la spontanéité et ton élan chaleureux. Puisse Dieu le tout puissant exhausser tous tes vœux. Je vous dédie ce modeste travail

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Résumé Le Maroc est souvent confronté à des épisodes pluvieux importants qui peuvent générer des crues et des inondations pouvant causer des dégâts non négligeables. C’est dans ce cadre que vient le présent Projet de Fin d’Etude intitulé « Protection contre l’inondation de la commune rurale Aichoune » et qui a été proposé par l’Agence du Bassin Hydraulique de Moulouya. Cette zone plate qui est le point de jonction de plusieurs pistes reliant les douars avoisinants, est exposée à des inondations importantes, avec des niveaux d’eau qui peuvent atteindre les cinquante centimètres, cela est dû au eaux pluviales issues des dépressions des collines qui l’entourent. Ce travail a pour objectif la protection de la population et ses biens en identifiant les zones à risque d’inondation dues aux crues des cours d’eau traversant la commune et proposer les schémas d’aménagements nécessaires pour assurer l’acheminement des crues dans les meilleures conditions. La méthodologie de l’étude s’articule autour des quatre parties suivantes : ➢ Une première partie qui est dédiée à une présentation générale de la zone d’étude, ainsi

qu’un diagnostic détaillé et exhaustif de l’ensemble des problèmes qui se posent au niveau des bassins versants constituant le centre étudié, en se basant sur les différentes données de base collectées et des constats effectués lors de la visite du terrain. ➢ Une deuxième partie qui est consacrée à la réalisation des études hydrologiques des

différents bassins versants entourant la commune par la détermination des débits de pointe via plusieurs méthodes (statistiques, empiriques et hydrométéorologiques) et choisir les bons débits qui feront une donnée d’entrée pour les parties qui suivent. ➢ Une troisième partie qui consiste à faire une étude hydraulique de propagation des crues

des talwegs à l'état actuel. ➢ La dernière partie vise à proposer des variantes de schémas aménagements pour la

protection de la commune contre les inondations ainsi que leurs estimations financières qui permettra de déduire lequel des schémas est le plus adapté à la situation.

Mots-clés : Aichoune, protection, inondations, hydrologie, bassin versant, ruissèlement, temps de concentration, débit de pointe, hydraulique, aménagements.

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Abstract Morocco is often confronted with significant rain events that can generate floods which cause significant damage. It is in this context that comes the present End of Study Project entitled "Protection against flooding of the town Aichoune" and which was proposed by the Moulouya Hydraulic Basin Agency. This flat area which is the junction point of several tracks connecting the neighboring douars, is exposed to significant floods, with water levels that can reach fifty centimeters, this is due to the rainwater coming from the depressions of the hills that surround it. The purpose of this work is to protect the population and their property by identifying the areas at risk of inundations due to the floods of the rivers running through the municipality and to propose the necessary development schemes to ensure the delivery of floods in the surrounding areas in best conditions. The methodology of the study is articulated around the following four parts: ➢ A first part which is dedicated to a general presentation of the study area, as well as a detailed and exhaustive diagnosis of all the problems that arise in the watersheds constituting the studied center, based on the different basic data collected and observations made during the field visit. ➢ A second part devoted to carrying out hydrological studies of the various watersheds surrounding the municipality by determining peak flows through several methods (statistical, empirical and hydro-meteorological) and choose the good flow rates that will make an input for the following parts. ➢ A third part consists in making a hydraulic study of the propagation of floods of talwegs in the current state. ➢ The last part aims at proposing variants of schemes for the protection of the municipality against floods as well as their financial estimations which will make it possible to deduce which of the diagrams is the most adapted to the situation. Keywords : Aichoune, protection, floods, hydrology, watershed, runoff, time of concentration, peak flow, hydraulic, amenities.

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Liste des tableaux Tableau 1 : Coordonnées Lambert de la zone d'étude. ............................................................. 23 Tableau 2 : La carte topographique utilisée. ............................................................................ 38 Tableau 3 : Caractéristiques de la station pluviométrique de Berkane. ................................... 40 Tableau 4 : Caractéristique de la station hydrologique de Berkane. ........................................ 40 Tableau 5 : Coefficients de montana de la station météorologique de Bouarg. ....................... 41 Tableau 6 : Superficies et périmètres des bassins versants étudiés. ......................................... 42 Tableau 7 : Valeurs de l’indice de compacité de Gravélius. .................................................... 43 Tableau 8 : résultat de calcul des caractéristiques de forme des bassins étudiés. .................... 45 Tableau 9 : Les altitudes caractéristiques des bassins étudiés.................................................. 47 Tableau 10 : Nature de relief selon la valeur de l'indice de pente global. [4] .......................... 48 Tableau 11 : Nature de relief selon la valeur de l'indice de la dénivelée spécifique. [4] ......... 50 Tableau 12 : Résultat de calcul des indices de pente des bassins versant étudiés. ................... 50 Tableau 13 : Caractéristiques des chaâbas C1, C2, C3 et C4 des bassins étudiés. .................. 52 Tableau 14 : Valeurs du coefficient de Ruissellement extraites du manuel d’utilisation du logiciel Hydroutil. [2] ............................................................................................................... 53 Tableau 15 : Valeurs du coefficient de Ruissellement. [5] ...................................................... 53 Tableau 16 : Résultat du calcul des coefficients de ruissellement des bassins étudiés. ........... 54 Tableau 17 : Résultat de calcul des temps de concentration Tc pour chaque bassin. .............. 58 Tableau 18 : Formules appliquées pour chaque classe des bassins versant. ............................ 62 Tableau 19 : Valeurs des coefficients a et K de la formule de Mallet-Gauthier. ..................... 63 Tableau 20 : Valeurs des paramètres K1 et K2 selon la situation géographique. .................... 64 Tableau 21 : Valeurs du coefficient K de la formule de Mac-Math. ....................................... 65 Tableau 22 : Comparaison entre Les résultats d’ajustement par différentes lois des Qimax de la station de Berkane. ................................................................................................................... 69 Tableau 23 : Résultat de l'ajustement des Qimax de la station de Berkane pour chaque période de retour par la lois Lognormal. ............................................................................................... 69 Tableau 24 : Coefficients de Francou-Rodier dans la station de référence. ............................. 70 Tableau 25 : Résultats de calcul des débits de pointe par la méthode Francou-Rodier. .......... 71 Tableau 26 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Fuller II. ................... 71

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Tableau 27 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mallet-Gauthier. ...... 71 Tableau 28 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Hazan-Lazarevic...... 72 Tableau 29 : Résultat de l’ajustement des Pjmax par la loi Lognormal réalisé sur Hyfran Plus. .................................................................................................................................................. 72 Tableau 30 : Résultats de calcul des P(24h,T) pour chaque période de retour. ........................... 72 Tableau 31 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mac-Math. ............... 73 Tableau 32 : Résultats de calcul des intensités de pluie i(TC ; T). ........................................... 73 Tableau 33 : Résultat de calcul des débits de pointe par la méthode Rationnelle. ................... 73 Tableau 34 : Résultats de calcul des GRADEX des pluies. ..................................................... 74 Tableau 35 : Débits retenus pour la crue décennale. ................................................................ 75 Tableau 36 : Résultat de calcul des débits de pointe par la méthode du GRADEX. ............... 75 Tableau 37 : Les débits de projet retenus pour chaque période de retour. ............................... 76 Tableau 38 : Tableau comparatif des orientations d'aménagement. [10] ................................. 86 Tableau 39 : Caractéristiques de la digue de protection. ........................................................ 101 Tableau 40 : Caractéristiques de l'ouvrage hydraulique sous la RN2. ................................... 109 Tableau 41 : Cout de l'ensemble des aménagement projetés. ................................................ 114

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Liste des figures Figure 1 : Zone d'action de l'Agence du bassin hydraulique de la Moulouya. [12] ................. 20 Figure 2 : Organigramme de l'ABHM. [12] ............................................................................. 21 Figure 3 : situation géographique du centre Aichoune (Google Earth). .................................. 24 Figure 4 : Image satellitaire illustrant la position de Aichoune à l'aval des collines Assasla, Sidi Ali Belkassem et Rehamena. ............................................................................................ 27 Figure 5 : Carte topographique montrant le relief et les pistes entourant la commune de Aichoune. ................................................................................................................................. 28 Figure 6 : Ruissellement causant l'inaccessibilité lors de la période des crues à l'école primaire, au centre de santé et à la mosquée du douar Aichoune. ........................................... 29 Figure 7 : Ruissellement lors de la période des crues au niveau du réservoir ONEE. ............. 29 Figure 8 : Vue sur arrivée des pistes (1) et (2) des douar Labcharire et Ouchen Fouaka. ....... 30 Figure 9 : Vue sur l’arrivée de la chaâba C2 issue des dépressions des collines laasasla. ....... 30 Figure 10 : Vue vers l'aval de la chaâba C2. ............................................................................ 30 Figure 11 : Vue vers l’amont de la zone ou la chaâba C2 est bien marquée. ........................... 30 Figure 12 : Vue sur l’arrivée de la piste n°3 du douar Lamkakra. ........................................... 31 Figure 13 : lit de la chaâba C3.................................................................................................. 31 Figure 14 : Vue sur la piste n°4 d’accès à Aichoune. .............................................................. 31 Figure 15 : Vue sur le fossé routier. ......................................................................................... 32 Figure 16 : Vue sur la piste n°5 d’accès à Aichoune. .............................................................. 32 Figure 17 : Vue de l’OH 2 Ф1000 sous la RN2. ...................................................................... 32 Figure 18 : Exemple d'un bassin versant. ................................................................................. 35 Figure 19 : différence entre un MNT et un MNA. ................................................................... 36 Figure 20 : Le modèle numérique du terrain des bassins versants étudiés. ............................. 38 Figure 21 : Résultat de la délimitation des bassins versants sur Arc-GIS. ............................... 39 Figure 22 : Influence de la forme d'un bassin versant sur l’hydrogramme de crue. [14] ......... 42 Figure 23 : Influence de la pente sur la réponse du bassin versant. [2].................................... 47 Figure 24 : Détermination de la dénivelée utile à partir de la courbe hypsométrique. [2] ....... 48 Figure 25 : Valeur du coefficient d'épicentrage K en fonction de la surface du BV pour T=10ans. [8] ............................................................................................................................. 66

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Figure 26 : Représentation graphique de l'ajustement des Qimax de la station de Berkane par la lois Lognormal. ........................................................................................................................ 70 Figure 27 : Aperçu sur la barre d'outils HEC-GeoRAS. .......................................................... 79 Figure 28 : Fenêtre principale de HEC-RAS. .......................................................................... 80 Figure 29 : Organigramme de la méthodologie de travail. ...................................................... 81 Figure 30 : TIN de la zone d'étude créé à partir des levées topographiques. ........................... 82 Figure 31 : Profils en travers des chaâbas C1, C2, C3 et C4 au niveau de la zone basse de Aichoune. ................................................................................................................................. 83 Figure 32 : La situation du centre de Aichoune par rapport au lit d’Oued Issaoua. ................ 87 Figure 33 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°5. ........................................................................................................................................... 90 Figure 34 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°5. ........ 91 Figure 35 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°5. ............................................................................................................................... 91 Figure 36 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°5. .................................................................................................................................................. 92 Figure 37 : Résultats de calcul hydraulique de la buse enterrée principale. ............................ 93 Figure 38 : Coupe transversale de la buse enterrée principale. ................................................ 94 Figure 39 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°6. ........................................................................................................................................... 95 Figure 40 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°6. ........ 96 Figure 41 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°6. ............................................................................................................................... 96 Figure 42 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°6. .................................................................................................................................................. 97 Figure 43 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°1. ........................................................................................................................................... 98 Figure 44 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°1. ........ 99 Figure 45 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°1. ............................................................................................................................... 99 Figure 46 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°1. ................................................................................................................................................ 100 Figure 47 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°3. ......................................................................................................................................... 102

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Figure 48 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°3. ...... 103 Figure 49 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°3. ............................................................................................................................. 103 Figure 50 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°3. ................................................................................................................................................ 104 Figure 51 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°4. ......................................................................................................................................... 105 Figure 52 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°4. ...... 106 Figure 53 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°4. ............................................................................................................................. 106 Figure 54 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°4. ................................................................................................................................................ 107 Figure 55 : Résultats de calcul hydraulique de la buse enterrée de chaâba C4. ..................... 108 Figure 56 : Coupe transversale de la buse enterrée de chaâba C4. ........................................ 108 Figure 57: Les paramètres des deux buses existantes sous la RN2. ....................................... 110 Figure 58 : Capacité de transit des deux buses existantes sous la RN2. ................................ 110 Figure 59 : Vue de face des deux buses existantes sous la RN2. ........................................... 111 Figure 60 : Les paramètres du dalot à quatre ouvertures projetées sous la RN2. .................. 112 Figure 61 : Capacité de transit du dalot à quatre ouvertures projeté sous la RN2. ................ 112 Figure 62 : Profil de surface de l'eau au niveau du dalot projeté. .......................................... 113 Figure 63 : Vue de face du dalot à quatre ouvertures projeté sous la RN2. ........................... 113

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Liste des acronymes ABHM

: L’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya).

AEP

: Alimentation en Eau Potable.

AIC

: Critère d’Information d’Akaike.

BIC

: Critère d’Information Bayésien.

BV

: Bassin Versant.

DPH

: Domaine Public Hydraulique.

ESRI

: Environmental Systems Research Institute.

HEC-RAS

: Hydrologic Engineering Centers River Analysis System.

IDF

: Intensité, Durée Fréquence.

INRS – ETE : Institut National de Recherche Scientifique, Eau, Terre, Environnement. IRD

: Institut de Recherche et Développement.

MNA

: Modèle Numérique d’Altitude.

MNT

: Modèle Numérique de Terrain.

OH

: Ouvrage Hydraulique.

ONE

: Office National d'Electricité.

ONEP

: Office National de l'Eau Potable.

ORMVAM

: Office Régional de Mise en Valeur Agricole.

PDAIRE

: Plan Directeur d'Aménagement Intégré des Ressources en Eau).

RN2

: Route Nationale n°2 reliant Oujda à Berkane.

SAD

: Système d'Aide à la Décision.

SIG

: Système d’Information Géographique.

TIN

: Réseau de Triangles Irréguliers.

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SOMMAIRE Remerciement ............................................................................................................................. 1 Dédicace ..................................................................................................................................... 2 Résumé ....................................................................................................................................... 3 Abstract ...................................................................................................................................... 4 Liste des tableaux ....................................................................................................................... 5 Liste des figures ......................................................................................................................... 7 Liste des acronymes ................................................................................................................. 10 SOMMAIRE ............................................................................................................................ 11 Introduction générale ................................................................................................................ 16 L’organisme d’accueil .............................................................................................................. 18 1.

Présentation de l’ABHM ............................................................................................... 18

2.

Les principales missions de l’ABHM ........................................................................... 18

3.

Zone d’action de l’ABHM ............................................................................................ 19

4.

Organigramme de l’ABHM .......................................................................................... 20

PREMIER CHAPITRE : Présentation et diagnostic de la zone d’étude .................................. 22 Présentation de la zone d’étude ..................................................................................... 23

1.

1.1

Situation géographique et administrative............................................................... 23

1.2

Le climat ................................................................................................................ 24

1.3

Géologie ................................................................................................................. 25

1.4

Hydrologie ............................................................................................................. 25

1.5

Hydrogéologie ........................................................................................................ 25

1.6

Démographie .......................................................................................................... 26

1.7

Activités économiques ........................................................................................... 26

1.8

Activités sociales ................................................................................................... 26

1.9

Infrastructure de base ............................................................................................. 26

1.9.1

Eau potable ..................................................................................................... 26

1.9.2

Assainissement ............................................................................................... 26

1.9.3

Electricité ........................................................................................................ 26

Diagnostique de la zone d’étude ................................................................................... 27

2.

2.1

11

Investigations du terrain ......................................................................................... 27 E.N.S.A.H

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2.2

Problématique d’inondation ................................................................................... 32

DEUXIEME CHAPITRE : Etude hydrologique ...................................................................... 34 1.

Délimitation des bassins versant ................................................................................... 35 1.1

1.1.1

Bassin versant ................................................................................................. 35

1.1.2

SIG (Système d’Information Géographique) ................................................. 35

1.1.3

MNT (modèle numérique de terrain) .............................................................. 36

1.1.4

Présentation du logiciel « ArcGIS » ............................................................... 37

1.2 2.

Définitions.............................................................................................................. 35

Résultat de la délimitation ..................................................................................... 37

Caractéristique des bassins versant ............................................................................... 39 2.1

Les caractéristiques pluviométriques ..................................................................... 39

2.1.1

Station pluviométrique ................................................................................... 39

2.1.2

Pluies journalières maximales annuelles et Pluie moyenne annuelle ............. 40

2.1.3

Données hydrométriques ................................................................................ 40

2.1.4

Coefficients de Montana ................................................................................. 40

2.2

Les caractéristiques physiques et morphométriques .............................................. 41

2.2.1 2.3

Les caractéristiques de la forme ............................................................................. 42

2.3.1

Indice de compacité de Gravelius KG ............................................................. 42

2.3.2

Indice de forme de Horton KH ........................................................................ 43

2.3.3

Le rectangle équivalent ................................................................................... 44

2.3.4

Le résultat de calcul des caractéristiques de forme ........................................ 44

2.4

Les caractéristiques du relief.................................................................................. 45

2.4.1

Courbe et diagramme hypsométriques ........................................................... 45

2.4.2

Altitudes caractéristiques ................................................................................ 46

2.4.3

Résultat de la détermination et de calcul des altitudes caractéristiques ......... 46

2.5

Les indices de pente ............................................................................................... 47

2.5.1

Indice de pente global ..................................................................................... 47

2.5.2

Indice de pente classique ................................................................................ 49

2.5.3

La dénivelée spécifique .................................................................................. 49

2.5.4

Résultat de calcul des indices de pente ........................................................... 50

2.6

Les caractéristiques du cours d’eau principal (Talweg)......................................... 50

2.6.1

12

La surface et le périmètre ............................................................................... 41

La longueur du Talweg ................................................................................... 50

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2.6.2

La pente du Talweg ........................................................................................ 51

2.6.3

Résultat de la détermination et de calcul des caractéristiques des Talwegs ... 51

2.7

Caractéristiques en relation avec les écoulements ................................................. 52

2.7.1

Coefficient de Ruissellement .......................................................................... 52

2.7.1.1 Définition .................................................................................................... 52 2.7.1.2 Résultat de calcul des coefficients de ruissellement ................................... 54 2.7.2

Temps de Concentration ................................................................................. 54

2.7.2.1 Définition .................................................................................................... 54 2.7.2.2 La formule de GIANDOTTI ....................................................................... 55 2.7.2.3 La formule de VENTURA .......................................................................... 55 2.7.2.4 La formule de KIRPICH ............................................................................. 55 2.7.2.5 La formule de TURRAZZA & PASSINI ................................................... 56 2.7.2.6 La formule ESPAGNOLE .......................................................................... 56 2.7.2.7 La formule de VEN TE CHOW .................................................................. 56 2.7.2.8 La formule CALIFORNIENNE .................................................................. 57 2.7.2.9 La formule de US CORPS .......................................................................... 57 2.7.2.10 La formule de EPSEY (1) .......................................................................... 57 2.7.2.11 La formule de DUJARDIN ........................................................................ 57 2.7.2.12 La formule de USSCS ................................................................................ 58 2.7.2.13 Résultat de calcul des temps de concentration TC ..................................... 58 3.

Etude des crues et estimation des débits de pointe........................................................ 59 3.1

Méthodologies utilisées pour l’étude des crues ..................................................... 59

3.2

Les méthodes statistiques ....................................................................................... 59

3.2.1

Principe des méthodes statistiques ................................................................. 59

3.2.2

Présentation du logiciel utilisé « Hyfran Plus » ............................................. 59

3.2.3

Transposition de Francou-Rodier ................................................................... 61

3.3

Les formules empiriques ........................................................................................ 61

3.3.1

Formule de Fuller II ........................................................................................ 62

3.3.2

Formule de Mallet-Gauthier ........................................................................... 63

3.3.3

Formule de Hazan-Lazarevic.......................................................................... 63

3.3.4

Formule de Mac-Math (S < 100 ha) ............................................................... 64

3.4

Les méthodes hydrométéorologiques..................................................................... 66

3.4.1

13

La méthode Rationnelle .................................................................................. 67

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3.4.2 3.5

La méthode de GRADEX ............................................................................... 67

Application de la méthodologie ............................................................................. 68

3.5.1

Résultats de calcul par les méthodes statistiques............................................ 68

3.5.1.1 Ajustement statistique des débits instantanés maximaux ........................... 68 3.5.1.2 Transposition de Francou-Rodier................................................................ 70 3.5.2

Résultats de calcul par les formules empiriques ............................................. 71

3.5.2.1 Formule de Fuller II .................................................................................... 71 3.5.2.2 Formule de Mallet-Gauthier........................................................................ 71 3.5.2.3 Formule de Hazan-Lazarevic ...................................................................... 71 3.5.2.4 Formule de Mac-Math (S < 100 ha) ........................................................... 72 3.5.3

Les méthodes hydrométéorologiques ............................................................. 73

3.5.3.1 Méthode Rationnelle ................................................................................... 73 3.5.3.2 Méthode du GRADEX ................................................................................ 73 3.5.3.2.1 Détermination du GRADEX moyen des pluies .................................... 73 3.5.3.2.2 Détermination du coefficient de pointe ................................................. 74 3.5.3.2.3 Choix des débits décennaux .................................................................. 74 3.5.4

Débit Retenus ................................................................................................. 76

3.5.5

Conclusion ...................................................................................................... 76

TROISIEME CHAPITRE : Etude hydraulique ....................................................................... 77 1.

Modélisation Hydraulique ............................................................................................. 78 1.1

Définition ............................................................................................................... 78

1.2

Dispositif et outils informatiques utilisées ............................................................. 78

1.2.1

Aperçu sur HEC-GeoRAS .............................................................................. 78

1.2.2

Présentation du logiciel « HEC-RAS » .......................................................... 79

1.3

Méthodologie de la modélisation ........................................................................... 80

1.4

Application de la Méthodologie ............................................................................. 81

1.4.1

Génération des modèles des cours d’eau avec HEC-GeoRAS ....................... 81

1.4.1.1 Topographie ................................................................................................ 81 1.4.1.2 Construction du TIN (Terrain Irreguler Network) ...................................... 82 2.

Conclusion ..................................................................................................................... 83

QUATRIEME CHAPITRE : Schéma d’aménagement et estimation financière ..................... 85 1.

Réflexions générales et principes d'aménagement ........................................................ 86

2.

Type de protections envisagées ..................................................................................... 87

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3.

Hypothèses retenues ...................................................................................................... 88 3.1

Les coefficients de rugosité.................................................................................... 88

3.2

Revanche de dimensionnement .............................................................................. 88

4.

Dimensionnement des ouvrages hydrauliques .............................................................. 88 4.1

Critères hydrauliques de dimensionnement ........................................................... 88

4.2

Dimensionnement des canaux ................................................................................ 88

4.3

Dimensionnement des ouvrages de franchissement .............................................. 89

5.

Aménagement de la rive droite de la piste n°5.............................................................. 89

6.

L'ouvrage enterré principale .......................................................................................... 92

7.

Aménagement de la chaâba C1 ..................................................................................... 94

8.

Aménagement de la chaâba C2 ..................................................................................... 97 8.1

Canal trapézoïdal à surface libre ............................................................................ 97

8.2

Digue .................................................................................................................... 100

9.

8.2.1

Choix de la hauteur de la digue .................................................................... 100

8.2.2

Largeur en crête de la digue.......................................................................... 100

8.2.3

Pentes des talus de la digue .......................................................................... 101

Aménagement de la chaâba C3 ................................................................................... 101

10.

Aménagement de la chaâba C4 ............................................................................... 104

10.1 Canal trapézoïdal à ciel ouvert ............................................................................. 104 10.2 La buse enterrée de la chaâba C4 ......................................................................... 107 11.

Les ouvrages de franchissement .............................................................................. 109

11.1 Vérification de la capacité hydraulique des ouvrages .......................................... 109 11.2 Redimensionnement de l’ouvrage de franchissement sur la RN2 ....................... 111 12.

Estimation financière des aménagements proposés ................................................. 114

Conclusion générale ............................................................................................................... 116 Bibliographie .......................................................................................................................... 117 Webographie .......................................................................................................................... 117 LES ANNEXES ..................................................................................................................... 118 Liste des Annexes................................................................................................................... 119

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Introduction générale Les crues et les inondations urbaines posent un problème majeur et croissant pour le développement socioéconomique à l’échelle mondiale. En fonction de la croissance démographique, la tendance à l’urbanisation et les changements climatiques, les risques des inondations évoluent mettant en péril des vies humaines et causant l’érosion des berges et la submersion des ponts et des ouvrages de franchissement. Ce défi considérable impose d’acquérir une connaissance plus fine du problème afin de gérer plus efficacement les risques actuels et futurs. Dans ces dernières années, le développement socio-économique au Maroc et la croissance démographique conjuguée à l’exode rural ont conduit à l’aménagement et l’urbanisation rapide des espaces de plus en plus exposés aux inondations. Par ailleurs, les deux dernières décennies du XXème siècle ont connu des sécheresses qui ont causé l’occupation des sols et l’urbanisation non contrôlées dans les zones inondables. L’occupation des champs d’épandage naturel des crues, conjuguée à l’absence d’entretien des cours d’eau et parfois leur enterrement a eu pour conséquence, l’augmentation du risque de dégâts matériels et de pertes humaines lors des épisodes de forte intensité de pluie. Le Maroc a connu des inondations historiques qui demeurent encore gravées dans nos mémoires. Nous en relatons les plus importantes : •

La crue qui a dévasté Sefrou le 25/9/1950 lorsque la ville a été inondée et faisant une centaine de victimes ;

•

La crue qui a ravagé la Vallée du Ziz le 5/11/1965 laissant 25000 habitants sans abri, suite à laquelle le Barrage Hassan Addakhil fut construit ;

•

La crue de la Moulouya survenue le 23 mai 1963 et qui était d'une telle violence qu'elle a détruit une partie rive gauche du barrage Mohammed V ;

•

La crue récurrente de la plaine de Gharb qui inonde la plaine une fois sur deux. Les plus redoutables sont celles survenues en 1963,1973, 1996 ;

•

Plus récemment, les inondations dévastatrices de la vallée d'Ourika en 1995, celles d'El Hajeb en 1997 et 2002, celles de Mohamedia, Berchid et Settat en 2002, Moulay Yacoub, Fès, Tanger, Al Hoceima, Khénifra, Sidi Slimane en 2008 et 2009.

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Face à la recrudescence du phénomène des inondations, le défi actuel des pouvoirs publics est de garantir la protection de la vie des citoyens et de leur bien. C’est ainsi que des études de protection contre les inondations avaient été réalisées. Toujours dans cet axe de vision, l’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya a réalisé plusieurs études de protection contre les inondations qui intéressent à chaque fois un ensemble de localités. De nouveaux programmes sont en cours de réalisations dont fait partie l’étude de protection du centre Aichoune. Cette étude a été le sujet de notre projet de fin d’études. Afin de traiter le sujet d’une façon claire et efficace, nous avons jugé opportun de scinder notre projet en quatre grands chapitres : ➢ Une première partie qui nous permettra de faire un diagnostic détaillé de l’ensemble des

problèmes qui se posent au niveau des bassins versants constituant le centre étudié. ➢ Une deuxième partie que nous allons consacrer à la réalisation des études hydrologiques

des différents bassins versants entourant la commune et procéder à une synthèse de lesdites études. ➢ Une troisième partie qui consiste à élaborer une étude hydraulique pour délimiter les

zones inondables. ➢ Une quatrième partie qui vise à proposer les aménagements qui puissent remédier aux

problèmes des inondations ainsi que leurs estimations financières.

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L’organisme d’accueil 1.

Présentation de l’ABHM L’ABHM (L’agence du bassin hydraulique de la Moulouya) est un établissement public

à caractère administratif, doté de la personnalité morale et de l'autonomie financière. Créée par décret 2-00-475 (14/11/2000), de la Loi 10-95 sur l'eau, elle est placée sous la Tutelle du Ministère délégué auprès du Ministre de l'Energie, des Mines, de l'Eau et de l'Environnement, chargé de l’Eau. [12]

2.

Les principales missions de l’ABHM L’ABHM assure la réalisation de plusieurs missions dont nous pouvons citer : - Élaborer le PDAIRE (Plan Directeur d'Aménagement Intégré des Ressources en Eau),

les plans locaux de gestion des eaux et le plan de gestion de la pénurie d’eau en cas de sècheresse et veiller à leur mise en œuvre ; - Gérer d’une manière intégrée les ressources en eau et contrôler leur utilisation ; - Délivrer les autorisations et concessions d’utilisation du DPH (Domaine Public Hydraulique), tenir un registre spécial de ces autorisations et concessions et proposer à l’administration l’assiette et les tarifs des redevances d’utilisation de ce domaine ; - Gérer, protéger et préserver les biens du domaine public hydraulique et les milieux aquatiques et réaliser, dans la limite de ses moyens financiers, les travaux d’entretien et de maintenance des ouvrages publics hydrauliques mis à sa disposition ; - Fournir, selon des modalités fixées par voie réglementaire et dans la limité de ses capacités, toute contribution financière et toute assistance technique aux personnes publiques ou privées qui en feraient la demande pour la réalisation d’études et travaux nécessaires aux opérations entreprises conformément aux dispositions de la présente loi ; - Contribuer aux travaux de recherche et de développement des techniques de mobilisation, d’utilisation rationnelle et de protection des ressources en eau en partenariat avec les institutions scientifiques et les laboratoires spécialisés ;

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- Entreprendre, en partenariat avec l’administration, les établissements publics et les collectivités territoriales, la réalisation des actions nécessaires à la prévention et la protection contre les inondations ; - Donner son avis sur tout projet pouvant avoir un impact sur les ressources en eau et le domaine public hydraulique, y compris les contrats de concession et les cahiers des charges relatives au dessalement des eaux de mer. [12]

3.

Zone d’action de l’ABHM Le bassin hydraulique de la Moulouya se trouve dans la partie nord-est du pays et s’étend

sur une superficie de 74.000 km2 (soit 10% du territoire marocain). La zone du bassin hydraulique de la Moulouya couvre quasi-totalement la région administrative de l’Oriental (provinces de Nador, Figuig, Jrada, Berkane, Taourirt, préfecture d’Oujda-Angad). Elle couvre aussi partiellement les régions de Fès-Meknès (province de Boulemane et province de Taza), Drâa-Tafilalet (province de Midelt) et Béni Mellal-Khénifra (province de Khénifra). Les principales villes du bassin sont Oujda, Nador, et Khénifra. La population du bassin s’élève à 2,5 M d’habitants. Celle-ci est concentrée en particulier dans la région de l’Oriental (76%) et plus précisément sur la zone de la Côte Méditerranéenne qui regroupe 40% de la population totale du bassin (29% dans la province de Nador et 11% dans la province de Berkane). [12]

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Figure 1 : Zone d'action de l'Agence du bassin hydraulique de la Moulouya. [12]

4.

Organigramme de l’ABHM L’organigramme de l’Agence du bassin hydraulique de Moulouya est le suivant :

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Figure 2 : Organigramme de l'ABHM. [12]

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PREMIER CHAPITRE : Présentation et diagnostic de la zone d’étude

L’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya sise à Oujda a confié au bureau d’étude I3E Consulting la mission d’étude de protection contre les inondations du centre rural Aichoune (province de Berkane). L’objectif assigné à cette étude consiste à diagnostiquer le mécanisme d’écoulement des cours d’eau aboutissants au centre, à délimiter les zones inondables et à proposer des mesures efficaces pour assurer un meilleur passage des crues. Dans ce chapitre on va présenter les caractéristiques générales de la zone d’étude, ainsi qu’un diagnostic de l’état actuel afin de lutter contre ce fléau qui menace la commune.

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1. Présentation de la zone d’étude 1.1 Situation géographique et administrative Le nom Aichoune désigne une zone rurale située au Sud de la route nationale RN2 reliant Oujda à Berkane à environ 6 km de la ville d’Ahfir. On y accède au moyen d'une piste carrossable à partir de la RN2. La localité est repérée par les coordonnées Lambert approximatives suivantes : Coordonnées Lambert X (m)

Y (m)

Z (m NGM)

797 000

485 200

315

Tableau 1 : Coordonnées Lambert de la zone d'étude. La localité fait partie de la commune rurale d’Ain Aghbal cette commune qui relève du cercle d'Ahfir à la province de Berkane dans la région de l’Oriental, a été créé en 1967 et s'étend sur une superficie de 155 km2. Du point de vue administratif, la commune d'Ain Aghbal est limitée : •

Au Nord par la commune rurale Atamna ;

•

Au Sud par les communes rurales Ain Sfa et Bni Khaled de la province d'Oujda Angad ;

•

A l'est par la commune urbaine de Ahfir et la frontière algérienne ;

•

Et à l'ouest par la commune rurale de Fezouane. La localité de Aichoune constitue la zone de transition entre la plaine des triffa et les

reliefs montagneux des Beni Snassen, ce qui la confronte aux inondations. [1]

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Figure 3 : situation géographique du centre Aichoune (Google Earth).

1.2 Le climat Le climat qui règne au niveau de la commune est de type méditerranéen caractérisé par des étés chauds et secs et des hivers doux et humides, avec irrégularité du régime des pluies qui s'observe au cours d'une même année. La répartition saisonnière est telle que 80 % de la pluie tombe entre décembre et avril alors que les mois de juillet et août sont presque totalement secs. La variabilité est également très forte : Il peut pleuvoir en deux ou trois jours jusqu'à un tiers de la pluviométrie de l'année. C'est au cours de ces épisodes pluvieux que surviennent les inondations.

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La température varie très peu d'une année à une autre avec un maximum de 30°C et un minimum 1°C. [1]

1.3 Géologie La commune fait partie de la plaine des Triffas qui forme une vaste dépression synclinale remplie de sédiments néogènes et quaternaires. La série stratigraphique comprend essentiellement le jurassique recouvert en discordance par la transgression du miocène antinappe qui surmonte une série charriée du primaire, du trias et du lias. Les sols sont argileux et réputés pour leur fertilité ; ils appartiennent à la classe des sols iso-humiques. [1]

1.4 Hydrologie Sur le territoire de la commune, le réseau hydrographique est bien développé. Il est composé des oueds suivants : •

La partie nord de la commune est irriguée par un réseau de canaux de l’ORMVAM alimentés par les eaux de la Moulouya ;

•

Oued Kiss sec à l'amont et permanent dans sa partie aval dont les eaux sont utilisées pour l'irrigation et sert comme récepteur des eaux usées des agglomérations limitrophes;

•

Oued Aghbal : oued intermittent dont les matériaux charriés sont prélevés pour servir comme matériaux de construction ;

•

Oued Bouzit non pérenne ;

•

Oued Atchane non pérenne ;

•

Oued Aissawa, non pérenne ;

•

Oued Sidi Azouz non pérenne ;

•

Oued Bouhchir non pérenne ;

•

Oued Abghour non pérenne. Le réseau des talwegs intéressant la localité prend naissance au massif montagneux au

sud de la localité. Il est composé de quatre chaâbas se dirigeant toutes vers le nord et convergent au milieu de la localité. Ces chaâbas dont l'écoulement est saisonnier, drainent les eaux de ruissèlement des bassins versants Béni Snassen. [1]

1.5 Hydrogéologie Sur le plan hydrogéologique on distingue deux zones : [1]

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•

Zone de plaine qui fait partie du périmètre irrigué des triffas recèle une nappe phréatique dont le niveau piézométrique a connu un rabattement sensible ces dernières années. Son niveau oscille entre 50 et 100 m ;

•

Zone du flanc nord des béni Snassen renfermant une nappe profonde, artésiennes des calcaires jurassiques où de nombreux forages sont exploités pour l'AEP des villes et centres de la région. Les plus importants sont les forages ONEE localisés à la localité Aichoune.

•

On note également la présence de sources de montagnes, il s'agit de la source Ain Aghbal débitant un débit de 25 l/s ; utilisé actuellement pour l'irrigation de 200 ha, la source Tario avec un débit de 10 l/s ainsi qu'une dizaine d'autres sources à faible débit qui ont été inventoriées.

1.6 Démographie Le centre Aichoune abrite une population de 430 hab selon le recensement réalisé au 2014. Celle-ci est répartie en 107 ménages. La structure d'habitat dominant est le type dispersé. Au douar on dénombre 77 constructions. [1]

1.7 Activités économiques L'activité économique du douar est basée essentiellement sur l'agriculture et l'élevage. [1]

1.8 Activités sociales On retrouve au niveau du centre les services publics suivants : [1] •

Un centre de santé ;

•

Une école primaire.

1.9 Infrastructure de base 1.9.1

Eau potable

Le Douar est alimenté à partir d'un forage géré par la commune desservant un réseau de distribution couvrant 100% de la population. [1] 1.9.2

Assainissement

Le douar ne dispose pas de réseau d'assainissement, les eaux usées sont évacuées vers des fosses septiques avoisinantes. [1] 1.9.3

Electricité

Le douar est desservi à raison de 98% par le réseau d'électricité géré par I'ONEE. [1]

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2.

Diagnostique de la zone d’étude 2.1 Investigations du terrain La présente partie présente une description détaillée de la situation actuelle avec des

illustrations par photos montrant clairement les risques d'inondations dans le centre. L'emplacement du centre d’Aichoune au piémont des sommets du Béni Snassen le rend menacé en périodes humides par de violentes crues qui génèrent souvent des inondations touchant ainsi les infrastructures publiques (principalement le siège de l'école, centre de santé et le captage ONEE) et les biens des particuliers (habitations et champs agricoles). Le douar est implanté au milieu d'une cuvette (voir carte en relief ci-dessous) qui reçoit tous les ruissèlements des chaabas issues des dépressions des collines des douars Assasla, Sidi Ali Belkassem et Rehamena. C'est une zone naturellement inondable, avec des niveaux d’eau qui peuvent atteindre 50cm. Assasla

Rehamena

Sidi Ali Belkassem

RN 2 Centre de Aichoune

Figure 4 : Image satellitaire illustrant la position de Aichoune à l'aval des collines Assasla, Sidi Ali Belkassem et Rehamena.

Constituant un centre névralgique, cette zone plate est un point de jonction de plusieurs pistes reliant les douars avoisinants. Le déferlement des eaux en périodes des crues des chaâbas formant le réseau hydrographique converge vers le douar suivant ce réseau des pistes :

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Piste 5 Piste 4 Piste 6 Piste 3

Piste 2

Piste 1

Figure 5 : Carte topographique montrant le relief et les pistes entourant la commune de Aichoune.

Au niveau de dépressions situées entre les collines précipitées, on note la présence des chaâbas avec un lit bien marqué dans les zones à forte pente. Mais ces chaâbas perdent leur lit d’écoulement en arrivant au niveau des zones basses occupées par des cultures et des végétations. L’absence d’un récepteur naturel pour la collecte et l’évacuation des eaux pluviales rend la zone névralgique d’Aichoune sujette à des submersions et stagnations des eaux pluviales de ruissellement lors des fortes crues.

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Figure 6 : Ruissellement causant l'inaccessibilité lors de la période des crues à l'école primaire, au centre de santé et à la mosquée du douar Aichoune.

Figure 7 : Ruissellement lors de la période des crues au niveau du réservoir ONEE.

Le centre reçoit les eaux par écoulement en nappe de quatre chaâbas. Ces chaâbas sont de l'Est à l'ouest C1, C2, C3 et C4 : -

Chaâba C1 : elle prend forme au niveau de la colline du douar Rehamena et draine les eaux pluviales issues de celle-ci jusqu’au centre névralgique (zone de confluence des écoulements) constitué par le groupe scolaire, la mosquée, la station de pompage et son château d’eau et quelques habitations en dur.

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-

Chaâba C2 : cette chaâba prend naissance au niveau du douar « Assasla » de Koudiat Moula Baghdad. Elle a un lit bien matérialisé et encaissé au niveau des collines avec des profondeurs atteignant 3m et une largeur variant de 3m en amont à 50cm en aval. Arrivant au niveau de l’école coranique, cette chaâba perd son lit et l’écoulement s’étend sur les terres de culture occupées par les céréales entre la piste n°1 et n°2.

Figure 9 : Vue sur l’arrivée de la chaâba C2 issue des dépressions des collines laasasla.

Figure 8 : Vue sur arrivée des pistes (1) et (2) des douar Labcharire et Ouchen Fouaka.

Ecole coranique

Figure 10 : Vue vers l'aval de la chaâba C2.

-

Figure 11 : Vue vers l’amont de la zone ou la chaâba C2 est bien marquée.

Chaâba C3 : cette chaâba débute au niveau de la colline Sidi Ali Belgacem et draine les eaux pluviales issues de cette colline. En amont, le lit de la Chhaba C3 est bien marqué avec des berges de 0.8 m de hauteur, mais dans la plaine, son lit n'est plus individualisé et l’écoulement se fait le long de la piste n°3 qui mène au douar « Lamkakera ».

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Figure 13 : lit de la chaâba C3.

-

Figure 12 : Vue sur l’arrivée de la piste n°3 du douar Lamkakra.

Chaâba C4 : selon les informations recueillies lors de la visite de terrain, cette chaâba est une dépression qui draine les eaux pluviales à travers des terrains de culture céréalière, en direction de la piste n°4.

Figure 14 : Vue sur la piste n°4 d’accès à Aichoune.

Les eaux pluviales atteignant la zone basse s’écoulaient initialement dans une dépression située à l’Est de la piste n°5. Ces eaux sont bloquées par la végétation ce qui les oblige à emprunter cette piste et à se diriger vers la nationale RN2 pour être récupérés par le fossé d’assainissement routier :

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Figure 16 : Vue sur la piste n°5 d’accès à Aichoune.

Figure 15 : Vue sur le fossé routier.

A gauche de la piste 5, on note l’existence d’un ouvrage hydraulique 2Ф1000 sous la RN 2 évacuant les eaux de drainage de la route vers les terrains de culture situés au Nord.

Figure 17 : Vue de l’OH 2 Ф1000 sous la RN2.

2.2 Problématique d’inondation A la traversée des habitations formant le noyau d’Aichoune, on note l’absence d’un récepteur naturel pour la collecte et l’évacuation des eaux pluviales, ce qui rend la zone névralgique d’Aichoune soumise à des submersions et stagnations des eaux pluviales de ruissellement issues des dépressions des collines précitées lors des fortes crues. Le douar est implanté dans une cuvette donc c’est une zone naturellement inondable. La zone basse d’Aichoune est un point de jonction de plusieurs pistes reliant les douars avoisinants, les chaâbas formant le réseau hydrographique, converge vers le douar à travers ces pistes dans les périodes de fortes crues.

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Les eaux pluviales atteignant la zone basse s’écoulaient initialement dans une dépression située à l’Est de la piste 5. Actuellement ces eaux sont bloquées par la végétation mise en place par les habitants et empruntent alors la piste 5 vers la route nationale RN2.

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DEUXIEME CHAPITRE : Etude hydrologique

L’étude hydrologique a pour but d’analyser les mécanismes de formation des écoulements, du ruissellement de surface et des crues. Elle se base sur les caractéristiques climatologiques et géomorphologiques du bassin versant et elle permet ainsi de déterminer les débits des crues pour différentes période de retour. L’étude hydrologique se déroule en trois phases principales : ✓ La délimitation des bassins versant ; ✓ La détermination des caractéristiques des bassins ; ✓ L’estimation des débits de pointe (𝑄p) à l’entrée des tronçons des cours d’eau étudiés, pour des périodes de retour allant de 10 à 100 ans.

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1. Délimitation des bassins versant 1.1 Définitions 1.1.1

Bassin versant

Un bassin versant ou bassin hydrographique est une portion de territoire délimitée par des lignes de crête (ou lignes de partage des eaux) et irriguée par un même réseau hydrographique (une rivière, avec tous ses affluents). C’est une zone de relief dont les eaux de ruissellement de surface s’écoulent et se rassemblent vers un point unique appelé l’exutoire. Ce dernier se définit comme le point le plus en aval du réseau hydrographique par lequel passent toutes les eaux de ruissellement drainées par le bassin. [2]

Figure 18 : Exemple d'un bassin versant.

1.1.2

SIG (Système d’Information Géographique)

Un système d’Information Géographique est un outil informatique permettant de représenter et d’analyser toutes les choses qui existent sur terre ainsi que tous les événements qui s’y produisent. C’est un ensemble de données graphiques et non graphiques, conçu dans le but de pouvoir avoir à n’importe quel moment et sous n’importe quelle forme, des informations dont il dispose. Dans cet ensemble, les données graphiques représentent une portion du territoire soit par un schéma (représentation géométrique) soit par une copie de la réalité (représentation sous forme d’image ou photographie). Il s’agit là de données spatiales organisées en couches géoréférencées ou thèmes. Par contre, les données non graphiques constituent des attributs qui permettent la description des données spatiales.

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Trois principales fonctionnalités sont permises par un SIG : Saisie des données (rassembler et stocker), exploitation des données (extraire à volonté) et édition (visualiser). [13] 1.1.3

MNT (modèle numérique de terrain)

Il s'agit d'une représentation numérique du relief donc des valeurs d'altitude d'une zone donnée. On peut en dériver des indications sur les valeurs de pentes et d'exposition et sur les formes de la surface topographique d'une zone géographique donnée. Si l'on représente uniquement l'altitude du sol nu, sans construction ni végétation, on parle de MNT. Si l'on prend en compte les hauteurs de tous les objets placés sur celui-ci comme les bâtiments et la végétation, ce que l'on appelle le « sursol », on parle alors de Modèle Numérique d'Altitude (MNA). Un MNT peut prendre la forme de fichiers vecteurs (points, polylignes où chaque entité portant l'information altimétrique), d'un fichier raster (où chaque pixel ou cellule porte l'information altimétrique), ou d'un TIN (Réseau de Triangles Irréguliers) qui est une forme de données géographiques numériques vectorielles construites en triangulant un ensemble de sommets).

Figure 19 : différence entre un MNT et un MNA.

36

E.N.S.A.H

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1.1.4

Présentation du logiciel « ArcGIS »

ArcGIS est une suite de logiciels d'information géographique (ou logiciels SIG) développés par la société américaine ESRI (Environmental Systems Research Institute), il s’agit d’un logiciel qui compte parmi les produits les plus utilisés dans le domaine de la gestion de l’information dans l’espace géographique. Le système ArcGIS est composé de différentes plateformes qui offrent aux utilisateurs SIG de nombreuses potentialités pour la manipulation, la gestion, l’analyse et l’édition des données spatiales. Ses caractéristiques principales portent sur : •

La prise en charge d’un grand nombre de formats de données vectorielles (Shapefile, couvertures Arcinfo, Mapinfo, GRASS, GIS, etc.) ;

•

La prise en charge d’un nombre important de formats de couches matricielles (GRASS GIS, GeoTIFF, TIFF, JPG, etc.) ;

•

La lecture et écriture des données GPS ;

•

L’incorporation d’un module de géoréférencement, qui permet de « caler » une image (vue aérienne, typiquement) dans un référentiel terrestre. Notre choix a porté sur la version 10.3. Cette version comprend une suite d’applications

intégrées : (ArcCatalog, ArcMap, ArcToolbox) et possède une suite d'extensions qui fournissent des fonctions étendues pour le produit principal (3D Analyst, Arc Hydro Tools, HEC-GeoRAS, etc.). En utilisant conjointement ces applications et ces interfaces, nous avons pu délimiter les bassins versants de la zone étudiée et déterminer leurs caractéristiques morphologiques. [3]

1.2 Résultat de la délimitation Le bassin versant est entièrement caractérisé par son exutoire, à partir duquel nous pouvons tracer les points de départ et d'arrivée de la ligne de partage des eaux qui le délimite. Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. Elle passe par le sommet des courbes concaves. La délimitation des bassins versants a pour but la détermination des caractéristiques géométriques et topographiques. Elle se fait au moyen des lignes de plus grande pente et de la ligne de crête. On peut l’effectuer par deux méthodes différentes : •

Méthodes classiques : via des cartes topographiques, l’outil utilisé à cet effet est le logiciel Autocad.

37

E.N.S.A.H

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•

Méthodes récentes : en utilisant le SIG et en se basant sur un réseau hydrographique extrait d’un MNT. Dans notre étude, cette délimitation a été effectuée à partir du modèle SIG sur le logiciel

« ArcGIS » en utilisant des données MNT de résolution 12.5m.

Figure 20 : Le modèle numérique du terrain des bassins versants étudiés.

Et pour la vérification de l’exactitude du résultat nous avons utilisé une carte topographique régulière, établie par la Direction de la Conservation Foncière, du Cadastre et de la Cartographie : Nom de la carte

Code de la carte

Echelle de la carte

Ahfir

NI-30-XVI-4d

1/50000

Système de coordonnées LAMBERT Nord Maroc (degrés)

Tableau 2 : La carte topographique utilisée. Cinq bassins versant font l’objet de la présente étude : -

BV1 : relatif à la chaâba C1.

-

BV2 : relatif à la chaâba C2.

-

BV3 : relatif à la chaâba C3.

-

BV4 : relatif à la chaâba C4.

38

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-

BV5 : regroupe les quatre bassins BV1, BV2, BV3 et BV4 et la partie nord-est du centre (zone de stagnation des eaux).

Figure 21 : Résultat de la délimitation des bassins versants sur Arc-GIS.

2.

Caractéristique des bassins versant 2.1 Les caractéristiques pluviométriques Elles correspondent au données hydrologiques exploitées dans le calcul des débits de

pointes. 2.1.1

Station pluviométrique

Pour la détermination des crues extrêmes du secteur d’étude, on va se baser sur les données pluviométriques disponibles au niveau de la station Berkane. Les caractéristiques du poste pluviométrique de la zone étudiée sont résumées dans le tableau suivant :

39

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Période de mise en Nom de la station

Berkane

service

N°IRE

1848/600

Coordonnée Lambert

Nombre d’années

De

Jusqu’à

1959

2018

X 59

Y

Z

780900 485000

160

Tableau 3 : Caractéristiques de la station pluviométrique de Berkane.

2.1.2

Pluies journalières maximales annuelles et Pluie moyenne annuelle

Les échantillons des pluies journalières maximales annuelles (Pjmax) à l’état brut au niveau de la station de Berkane figurent dans l’Annexe n°1. La pluie moyenne annuelle au niveau de la zone d’étude a été déterminée à partir de la série des pluies moyennes annuelles enregistrées dans le poste de Berkane sur toute sa période de mise en service : Pmoy annuelle = 335.1 mm. 2.1.3

Données hydrométriques

On dispose d’une série de 42 valeurs des débits instantanés maximums annuels (Qimax) et des débits maximums journaliers de la station hydrologique de Berkane qui est la plus proche et qui est suivie et jaugée régulièrement : Nom de la station

Nombre N°IRE

Oued

des données

Berkane

1433/12

Zegzel

Coordonnée Lambert

42

Superficies du bassin contrôlé

X

Y

480250 779050

Z

(km2)

160

127

Tableau 4 : Caractéristique de la station hydrologique de Berkane.

Les valeurs de la série des apports de cette station sont données en Annexe n°2. 2.1.4

Coefficients de Montana

Les coefficients de Montana nécessaires à l’application de la formule liée à la méthode rationnelle, ont été déduits à partir des courbes IDF de la station météorologique de Bouarg qui est gérée par la Direction de la Météorologie Nationale :

40

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Coefficients de Montana Période de retour T a (mm/min)

b

10 ans

4,657

0,545

20 ans

5,547

0,539

50 ans

6,702

0,534

100 ans

7,57

0,531

Tableau 5 : Coefficients de montana de la station météorologique de Bouarg.

2.2 Les caractéristiques physiques et morphométriques Un bassin versant est caractérisé par un ensemble de paramètres morphométriques (surface, périmètre, forme, pente, relief …etc.) qui interviennent le plus souvent de façon combinée, agissant sur les modalités de l’écoulement et influencent fortement sa réponse hydrologique des bassins versant. 2.2.1

La surface et le périmètre

La superficie d'un bassin versant ainsi que son périmètre jouent un rôle primordial dans les études des bassins versants car ils représentent l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau. Un petit bassin versant réagit très vite à une averse par rapport à un grand bassin. -

La surface constitue l'aire de réception des précipitations qui alimentent un cours d'eau par écoulement ;

-

Le périmètre du bassin versant est la longueur curviligne de la ligne de partage des eaux. Afin de déterminer les superficies et les périmètres des bassins versants, on utilise un

planimètre et curvimètre respectivement, mais avec le développement des SIG, on utilise actuellement des fonctionnalités sur ArcGIS. Dans notre étude la délimitation des bassins versant sur le logiciel ArcGIS nous a permis d’aboutir aux résultats suivants :

41

Bassin versant

Périmètre (km)

Surface (km2)

BV1

3,59

0,716

BV2

3,64

0,577

E.N.S.A.H

HAFIDI Achraf

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BV3

5,00

1,090

BV4

5,73

0,970

BV5

7,48

3,363

Tableau 6 : Superficies et périmètres des bassins versants étudiés.

2.3 Les caractéristiques de la forme Permettent de déterminer la configuration géométrique et la forme du bassin telle que projetée sur un plan horizontal. Cette forme a une influence sur l'allure de l'hydrogramme de pluie au niveau de l'exutoire du bassin versant qui est due à la notion de temps de concentration qu’on aura l’occasion de définir après. Par exemple, les bassins en forme d'éventail (BV1), présentant un temps de concentration plus court (tc1), auront les plus forts débits de pointe. Par contre, La forme allongée (BV2) favorise les faibles débits de pointe de crue, en raison des temps importants d'acheminement de l'eau à l'exutoire (tc2 > tc1) :

Figure 22 : Influence de la forme d'un bassin versant sur l’hydrogramme de crue. [14]

Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser et de comparer les bassins versant entre eux. Citons à titre d'exemple : [2] 2.3.1

Indice de compacité de Gravelius KG

L’indice de compacité de Gravelius (1914) est défini comme le rapport du périmètre du bassin à celui d’un cercle de même surface :

42

E.N.S.A.H

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KG =

P 2 × √π × S

= 0.28

P √S

Avec : KG : Indice de Gravélius sans dimensions ; P

: Périmètre du bassin versant en km ;

S

: Surface du bassin versant en km². Cet indice se détermine à partir de la délimitation adoptée en mesurant la surface et le

périmètre de chaque BV. Sa valeur est généralement comprise entre 1 et 1.75, elle est proche de 1 pour un bassin versant de forme quasiment circulaire et supérieur à 1 lorsque le bassin est de forme allongée. Ainsi, il est possible d’établir certaine correspondance entre la forme du bassin et les valeurs de KG qui lui correspondent. Ces correspondances sont illustrées dans le tableau qui suit : Intervalle de KG

Forme du bassin versant

1.00 à 1.25

Circulaire à assez allongée

1.25 à 1.50

Assez allongée à allongée

1.50 à 1.75

Allongée à très allongée

Tableau 7 : Valeurs de l’indice de compacité de Gravélius.

2.3.2

Indice de forme de Horton KH

Il exprime le rapport de la largeur moyenne du bassin versant à la longueur du cours d'eau principal (Horton, 1932) :

KH =

S 1 S × = L L L2

Avec : S : Surface du bassin versant (Km²) ; L : Longueur du cours d’eau principal (Km) ; KH : Indice de Horton sans dimension : KH < 1 : Bassin de forme allongée ;

43

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KH > 1 : Bassin de forme ramassée. 2.3.3

Le rectangle équivalent

Cette notion a été introduite par Marcel Roche 1924 et elle est utilisée pour pouvoir comparer le comportement hydrologique de deux bassins. Il s'agit d'une transformation purement géométrique en vertu de laquelle on assimile le bassin à un rectangle ayant le même périmètre et la même superficie. De cette façon les courbes de niveau deviennent des droites parallèles aux petits côtés du rectangle. L'exutoire se situe à l'un de ses petits côtés. Les dimensions du rectangle équivalent se calculent à partir des relations suivantes :

Léq

K G √S 1,12 2 = [1 + √1 − ( ) ] 1,12 KG

léq

K G √S 1,12 2 √ = [1 − 1 − ( ) ] 1,12 KG

Avec : Léq

: longueur du rectangle équivalent (Km) ;

léq

: largeur du rectangle équivalent (Km) ;

S

: surface du bassin versant (Km²) ;

KG : indice de compacité de Gravelius, KG > 1.12 Lorsque KG ≤ 1,12 le bassin a une forme circulaire et la transformation géométrique en rectangle équivalent n'est plus réalisable, le bassin sera assimilé à un carré. Le tracé des droites de niveau du rectangle équivalent découle directement de la répartition hypsométrique cumulée. Il s'agira de calculer la distance, en termes de longueur, entre deux tranches d'altitude hi et hi+1 dont la superficie partielle est Si sachant que la superficie totale du bassin correspond à la longueur Léq du rectangle équivalent. 2.3.4

Le résultat de calcul des caractéristiques de forme

Le résultat de calcul des caractéristiques de forme des bassins de notre étude est illustré dans le tableau suivant :

44

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Bassin versant

Périmètre (km)

Surface (km2)

KG

KH

Forme du Bassin

Léq (km)

léq (km)

BV1

3,59

0,716

1,20

0,38

Assez allongée

1,227

0,583

BV2

3,64

0,577

1,35

0,21

Allongée

1,429

0,404

BV3

5,00

1,090

1,35

0,17

Allongée

1,966

0,555

BV4

5,73

0,970

1,64

0,12

Très allongée

2,498

0,389

BV5

7,48

3,363

1,15

0,39

Assez allongée

2,318

1,451

Tableau 8 : résultat de calcul des caractéristiques de forme des bassins étudiés.

On peut constater que nos bassins sont de forme allongée à très allongée ce qui a comme conséquence l’augmentation du temps de concentration malgré leurs faibles superficies.

2.4 Les caractéristiques du relief De nombreux paramètres hydrologiques comme par exemple les températures, les précipitations varient en fonction de l'altitude. On note l'influence de l'altitude à trois niveaux : -

Au niveau du type et de l'intensité des précipitations ;

-

Au niveau de la répartition spatiale des précipitations ;

-

Au niveau de la valeur de la température. Il est donc du plus grand intérêt de connaître la répartition des surfaces d'un bassin

versant, en fonction de l'altitude. [2] 2.4.1

Courbe et diagramme hypsométriques

La courbe hypsométrique est une courbe où l’on représente l’altitude en fonction de la superficie. Celle–ci est obtenue en mesurant les surfaces comprises entre certaines tranches d'altitude ou courbes de niveaux, cette tâche nous a été permis à l’aide du logiciel ArcGIS avec quoi nous avons réalisé des cartes hypsométriques des bassins de notre étude. La courbe hypsométrique se trace en représentant en abscisse le pourcentage de la surface totale du bassin qui se trouve au-dessus des altitudes portées en ordonnées. On définit aussi le diagramme hypsométrique en représentant en abscisses la valeur de la superficie partielle comprise entre deux tranches d'altitudes successives portées en ordonnées. Ces courbes permettent de relever des altitudes caractéristiques du relief. Les cartes hypsométriques ainsi que les courbes et les diagrammes hypsométriques des bassins étudiés ont été réalisé à l’aide du logiciel ArcGIS et sont représentés en Annexe n°3.

45

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2.4.2

Altitudes caractéristiques

➢ L’altitude maximale

C'est l'altitude la plus forte relevée au cours de la limitation du bassin : hmax. ➢ L’altitude minimale

Se situe à l'exutoire du bassin qui représente son point de contrôle : hmin. ➢ L'altitude moyenne

Permet d'analyser les lois réglant les précipitations et le ruissellement superficiel. L’altitude moyenne se définit comme l'ordonnée moyenne de la courbe hypsométrique et correspond au rapport de l'aire sous la courbe hypsométrique à la surface totale du bassin. On peut la calculer à partir de la relation : n

hmoy

1 hi + hi+1 = × ∑ (Si × ) S 2 i=1

Avec : hmoy

: altitude moyenne en m ;

S

: surface totale du bassin en Km² ;

Si

: aire comprise entre 2 courbes de niveau consécutives hi et hi+1 en Km².

➢ L’altitude médiane

Elle correspond au point d'abscisse 50 % sur la courbe hypsométrique : h50%. ➢ Le mode ou l'altitude la plus fréquente

Elle est relevée sur le diagramme hypsométrique et correspond au milieu de la tranche d'altitude à laquelle correspond le maximum de superficie. 2.4.3

Résultat de la détermination et de calcul des altitudes caractéristiques

Les altitudes caractéristiques de nos bassins sont résumées dans le tableau ci-après : Bassin versant

Surface (km2)

hmax (m)

hmin (m)

hmoy (m)

hmédiane (m)

hfréq (m)

BV1

0,716

428

315

347

330

322,5

46

E.N.S.A.H

HAFIDI Achraf

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BV2

0,577

508

316

384

371

328

BV3

1,090

560

316

396

386

355

BV4

0,970

498

315

362

358

355

BV5

3,363

560

315

373

360

327,5

Tableau 9 : Les altitudes caractéristiques des bassins étudiés.

2.5 Les indices de pente La connaissance des indices de pente est d'une grande importance vu qu’ils influencent la réponse du bassin au niveau de la forme de l’hydrogramme de débit écoulé et précisément au niveau du volume écoulé, de la durée de l’écoulement et de l’enregistrement du débit maximal.

Débit

Pluie

Temps

Temps

Figure 23 : Influence de la pente sur la réponse du bassin versant. [2]

2.5.1

Indice de pente global

Pour éviter les valeurs extrêmes, L'IRD (Institut de Recherche et Développement en France) a proposé la définition d'un indice global de pente d'un bassin versant. Il sert à classer le relief des bassins :

Ig =

Du Léq

Avec : Ig : indice de pente global (sans unité) ;

47

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Léq : longueur équivalente (m) ; Du = h5% - h95% : la dénivelée utile (l'altitude entre laquelle s'inscrit 90% de la surface du bassin) où : h5% : altitude correspondant à 5% de la surface totale du bassin au-dessus de h5% (m); h95% : altitude correspondant à 95% de la surface totale du bassin au-dessus de h95% (m).

U

Figure 24 : Détermination de la dénivelée utile à partir de la courbe hypsométrique. [2]

L'IRD a ainsi défini des groupes de relief permettant d’apprécier l’importance des pentes : Nature de relief

Intervalle

Relief très faible

Ig < 0.002

Relief faible

0.002 < Ig < 0.005

Relief assez faible

0.005 < Ig < 0.01

Relief modéré

0.01 < Ig < 0.02

Relief assez fort

0.02 < Ig < 0.05

Relief fort

0.05 < Ig < 0.1

Relief très fort

0.1 < Ig

Tableau 10 : Nature de relief selon la valeur de l'indice de pente global. [4]

48

E.N.S.A.H

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2.5.2

Indice de pente classique

L'indice de pente classique consiste à rapporter la dénivelée d’altitude entre les deux points extrêmes du bassin à la longueur du bassin définie par la longueur du rectangle équivalent : [2]

IC =

hmax − hmin Léq

Avec : IC

: Indice de pente classique (m/km) ;

hmax et hmin : les altitudes maximale et minimale du bassin versant (m) ; Léq

: longueur équivalente (km). 2.5.3

La dénivelée spécifique

L’indice de pente globale décroit pour un même bassin lorsque sa surface augmente. La comparaison des pentes de bassins de taille différente se fait en se basant sur la dénivelée spécifique qui dérive de la pente globale en la corrigeant de l’effet de la surface : [2]

DS = Ig √S =

léq DU √léq × Léq = DU √ Léq Léq

Avec : DS

: dénivelée spécifique (m) ;

Léq et léq

: longueur et largeur équivalentes respectivement (m) ;

DU

: dénivelée utile (m) ;

Ig

: indice de pente globale ;

S

: surface du bassin versant (km2). La dénivelée spécifique ne dépond donc que de l’hypsométrie (DU=h5%-h95%) et de la

forme du bassin (léq/Léq). Elle donne lieu à une deuxième classification de l’IRD indépendante des surfaces des bassins :

49

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Nature du relief

Type du relief

Intervalle

Relief très faible

R1

DS < 10 m

Relief faible

R2

10 m < DS < 25 m

Relief assez faible

R3

25 m < DS < 50 m

Relief modéré

R4

50 m < DS < 100 m

Relief assez fort

R5

100 m < DS < 250 m

Relief fort

R6

250 m < DS < 500 m

Relief très fort

R7

500 m < DS

Tableau 11 : Nature de relief selon la valeur de l'indice de la dénivelée spécifique. [4]

2.5.4

Résultat de calcul des indices de pente

Le résultat de calcul des indices de pente pour les bassins de notre étude est illustré dans le tableau suivant : Bassin Versant

S (km2)

Léq (km)

hmax (m)

hmin (m)

h5% (m)

h95% (m)

DU (m)

Ig

IC (m/km)

DS (m)

BV1

0,716

1,227

428

315

406

319

87

0,071

92,06

60

BV2

0,577

1,429

508

316

463

321

142

0,099

134,37

76

BV3

1,090

1,966

560

316

513

325

188

0,096

124,14

100

BV4

0,970

2,498

498

315

430

323

107

0,043

58,86

42

BV5

3,363

2,318

560

315

472

320

152

0,066

63,41

120

Tableau 12 : Résultat de calcul des indices de pente des bassins versant étudiés.

2.6 Les caractéristiques du cours d’eau principal (Talweg) 2.6.1

La longueur du Talweg

C’est la longueur curviligne séparant l’exutoire du point le plus éloigné appartenant au périmètre du bassin versant. Ce paramètre a été déterminé à partir des fonctionnalités du logiciel ArcGIS.

50

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2.6.2

La pente du Talweg

La pente moyenne du cours d'eau principal est une caractéristique importante qui renseigne sur la topographie du bassin et donne une bonne indication sur le temps de parcours du ruissellement direct, donc sur le temps de concentration. Cette variable influence directement le débit de pointe lors d'une averse. Une pente forte favorise et accélère l'écoulement superficiel, tandis qu'une pente douce ou nulle donne à l'eau le temps de s'infiltrer, entièrement ou en partie, dans le sol. Le calcul des pentes moyennes des cours d'eau principaux s'effectue à partir de leurs profils longitudinaux. La méthode la plus fréquemment utilisée pour calculer la pente moyenne du cours d'eau consiste à diviser la différence d'altitude entre les points extrêmes du profil par la longueur totale du cours d'eau [2] :

Imoyenne =

Hmax −Hmin L

=

∆H L

Avec : Imoyenne

: Pente moyenne du cours d'eau (m/km) ;

ΔH

: Dénivellation de l’oued ou de la Chaâba (m) ;

L

: Longueur du cours d'eau principal (km). 2.6.3

Résultat de la détermination et de calcul des caractéristiques des Talwegs

Le tableau ci-dessous indique les longueurs et les pentes des chaâbas C1, C2, C3 et C4 de nos bassins :

51

Chaâba

L (km)

Hmax (m)

Hmin (m)

ΔH (m)

Imoyenne (m/km)

Imoyenne (m/m)

Imoyenne (%)

Chaâba C1

1,37

428

315

113

82,45

0,08

8,25

Chaâba C2

1,67

508

316

192

115,27

0,12

11,53

Chaâba C3

2,56

560

316

244

95,21

0,10

9,52

Chaâba C4

2,86

462

315

147

51,35

0,05

5,14

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Chaâba C4 + acheminement depuis la jonction de C2, C3 et C4 jusqu’à la dépression (pour BV5)

2,96

462

315

147

49,74

0,05

4,97

Tableau 13 : Caractéristiques des chaâbas C1, C2, C3 et C4 des bassins étudiés.

2.7 Caractéristiques en relation avec les écoulements La connaissance de l’écoulement de surface dépend essentiellement des facteurs morphologiques, de l'état et nature du sol ainsi que de la taille du bassin versant. Deux paramètres importants caractérisent la capacité et la rapidité de l’écoulement et permettent de mettre en relation les précipitations et les débits dans un bassin versant : ➢ Le coefficient de Ruissellement ; ➢ Le temps de concentration.

2.7.1

Coefficient de Ruissellement

2.7.1.1 Définition Le coefficient de ruissellement est l’un des paramètres clés qui caractérise le comportement hydrologique global du bassin versant, c’est un indice très utilisé en hydrologie de surface. Il permet de quantifier la part de la pluie qui s’est écoulée au niveau de l’exutoire par rapport à la pluie moyenne qui est reçue par le bassin, il est défini par :

C=

Hauteur ou volume d eau ruisselée ≤ 100% Hauteur ou volume d eau précipitée

Avec : Hauteur d’eau précipitée = Hauteur moyenne précipitée (dans le bassin) ; Hauteur ruisselée

= Hauteur moyenne précipitée – Pertes.

Il est souvent considéré comme un paramètre constant. Cependant il est plus réaliste de préconiser sa variation dans le temps au cours d’une pluie car le sol se sature progressivement au fur et à mesure que la pluie tombe. Dans des conditions de non humidité après une longue période de sécheresse, il est faible puis croit pour atteindre une valeur limite une fois le sol saturé d’eau. Les valeurs du coefficient de ruissellement dépendent donc de l’état d’humidité antérieure des sols du bassin. Le coefficient de ruissellement d'un bassin versant se calcule comme suit :

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On décompose le bassin en sous bassins de même aptitude au ruissellement (même couvert végétal et même type de sol) pour lesquels on calcule les coefficients de ruissellement. Etant donné que nous avons déjà décomposé nos bassins à des tranches hypsométriques, nous considèrerons ces dernières comme sous bassins en attribuant à chacune d’elle sont coefficient de ruissellement. Plusieurs tables sont disponibles dans la littérature pour proposer quelques valeurs indicatives de ce coefficient pour chaque type de sol et très souvent, en rapport avec d'autres facteurs tels que la taille du bassin, la couverture végétale et la pente. On en citera : Coefficients de ruissellement C Argile Compacte

Boisé

Argile et Silt

Plat Valonneux Montagneux

Pente 0- 5% Pente 5- 10% Pente 10- 30%

0,10 0,25 0,30

0,30 0,35 0,50

0,40 0,50 0,60

Déboisé et Friches

Sablonneux

Plat Valonneux Montagneux

Pente 0- 5% Pente 5- 10% Pente 10- 30%

0,10 0,16 0,22

0,30 0,36 0,42

0,40 0,55 0,60

Cultures drainées

Topographie et Végétation

Plat Valonneux Montagneux

Pente 0- 5% Pente 5- 10% Pente 10- 30%

0,30 0,40 0,52

0,50 0,60 0,72

0,60 0,70 0,82

Tableau 14 : Valeurs du coefficient de Ruissellement extraites du manuel d’utilisation du logiciel Hydroutil. [2]

Nature de la couverture végétale

Plates-formes et chaussées de routes : cours ...................................................... Terrains dénudés, ou à végétation non couvrante .............................................. Terrains déjà attaqués par l'érosion ...... Labours frais ......................................... Culture couvrantes, céréales hautes ...... Terrains de parcours chiendent ras ....... Petite brousse clairsemée ...................... Praires ................................................... Brousse dense, savane à sous-bois ....... Forêt ordinaire en futaie ……………... Sous-bois touffus .................................. Grande forêt primaire ...........................

Valeur de C Petits bassins de 0 à 10 ha Bassins moyens de 10 à 400 ha présentant une pente de présentant une pente de Moins De 5 à De 10 Plus de Moins De 5 à De 10 Plus de de 5% 10% à 30% 30% de 5% 10% à 30% 30% 0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,80

0,85

0,90

0,95

0,70

0,75

0,80

0,85

0,75

0,80

0,85

0,90

0,52

0,60

0,72

0,80

0,70

0,75

0,80

0,85

0,30

0,36

0,42

0,50

0,30

0,50

0,60

0,70

0,13

0,20

0,25

0,30

0,20

0,25

0,30

0,40

0,15

0,18

0,22

0,25

Tableau 15 : Valeurs du coefficient de Ruissellement. [5]

53

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On pondère, par la surface, les coefficients de ruissellement de ces sous bassins :

Céq =

∑ Ci × Si ∑ Si

Avec : Céq

: Coefficient de ruissellement équivalent ;

Si

: Surface du sous bassin i (km2) ;

Ci

: Coefficient de ruissellement du sous bassin i. 2.7.1.2 Résultat de calcul des coefficients de ruissellement Le résultat du calcul des coefficients de ruissellement de chaque bassin est mentionné

dans le tableau suivant : Bassin versant

Céq

BV1

0,66

BV2

0,70

BV3

0,57

BV4

0,66

BV5

0,60

Tableau 16 : Résultat du calcul des coefficients de ruissellement des bassins étudiés.

2.7.2

Temps de Concentration

2.7.2.1 Définition Le temps de concentration est défini comme le temps mis par une goutte d’eau pour parcourir la distance séparant l’exutoire et le point le plus éloigné hydrauliquement de celui-ci. Il est basé en général sur l’hypothèse que les gouttes de pluie se déplacent perpendiculairement aux lignes de niveau et dépend essentiellement de la superficie du bassin, des pentes, de la longueur et de la densité du réseau hydrographique. La pluie théoriquement la plus pénalisante pour un bassin versant est donc celle dont la durée est égale ou dépasse son temps de concentration. En effet, si la durée de la pluie est courte, la totalité du bassin versant ne contribue pas en même temps au débit de l'exutoire. Le temps de concentration est évalué empiriquement en utilisant des formules d’approximation.

54

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La littérature propose plusieurs formules empiriques pour le calcul du temps de concentration. Certaines sont plus répandues au Maroc (tirées des Standards de l’ABHM). On citera : 2.7.2.2 La formule de GIANDOTTI Cette formule est la mieux adaptée au Bassin Versant Ruraux :

(1,5 × L) + (4 × √S)

TC =

0,8 × √hmax − hmin

Où : TC

: Temps de concentration en h ;

S

: Surface du BV en Km² ;

L

: Longueur du talweg en Km ;

hmax : Altitude maximale du BV en m ; hmin : Altitude minimale (exutoire) en m. 2.7.2.3 La formule de VENTURA

√S I TC = 7,632 × 60 Où : TC

: Temps de concentration en h ;

S : Surface du BV en Km² ; I : Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.4 La formule de KIRPICH Cette formule donne en particulier des TC faibles, elle est généralement utilisée pour les bassins versant montagneux et petit :

L0,77 × I −0,385 TC = 52 × 60 Où :

55

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TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en m ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.5 La formule de TURRAZZA & PASSINI 3

TC = 0,108 ×

√S × L √I

Où : TC

: Temps de concentration en h ;

S

: Surface du BV en Km² ;

L

: Longueur du talweg en Km ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.6 La formule ESPAGNOLE

L0,77 TC = 18 × 60 × I 0,1925 Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en Km ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.7 La formule de VEN TE CHOW

L

0,64

TC = 0,123 × ( ) √I Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en Km ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m.

56

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2.7.2.8 La formule CALIFORNIENNE

L

0,77

TC = 0,1452 × ( ) √I Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en km ;

I

: Pente moyenne du talweg en %. 2.7.2.9 La formule de US CORPS

L

0,77

( 0,25 ) TC = 16,682 × I 60 Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en km ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.10 La formule de EPSEY (1)

L 0,36 ( ) I TC = 1,24 × √ 60 Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en m ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m. 2.7.2.11 La formule de DUJARDIN

TC = 1,78 ×

S 0,35 I 0,4 × Céq 0,2 × 60

Où : TC

57

: Temps de concentration en h ; E.N.S.A.H

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S

: Surface du BV en ha ;

I

: Pente moyenne du talweg en m/m ;

Céq

: Coefficient de ruissellement équivalent. 2.7.2.12 La formule de USSCS

(0,87 × L3 )0,385 TC = 60 × (hmax − hmin ) Où : TC

: Temps de concentration en h ;

L

: Longueur du talweg en m ;

hmax : Altitude maximale du BV en m ; hmin : Altitude minimale (exutoire) en m. 2.7.2.13 Résultat de calcul des temps de concentration TC Les temps de concentration des bassins versant étudiés calculé par différentes formules sont présentés dans le tableau suivant :

Bassin versant

GIANDOTTI

VENTURA

KIRPICH

TURRAZZA & PASSINI

ESPAGNOLE

VEN TE CHOW

CALIFORNIENNE

US CORPS

EPSEY (1)

DUJARDIN

USSCS

Valeur retenue (h)

Valeur retenue (min)

BV1

0,640

0,375

0,218

0,374

0,618

0,334

0,082

0,573

0,436

0,390

0,587

0,50

29,94

BV2

0,500

0,285

0,223

0,314

0,674

0,340

0,084

0,624

0,440

0,313

0,433

0,45

27,28

BV3

0,642

0,430

0,334

0,493

0,974

0,477

0,126

0,902

0,532

0,426

0,560

0,51

30,52

BV4

0,849

0,553

0,461

0,670

1,194

0,624

0,174

1,107

0,619

0,540

1,056

0,62

36,99

BV5

1,213

1,046

0,479

1,040

1,231

0,643

0,180

1,141

0,630

0,837

1,096

1,09

65,18

Tableau 17 : Résultat de calcul des temps de concentration Tc pour chaque bassin.

Les valeurs de temps de concentration retenues pour chaque bassin versant correspondent à la moyenne des valeurs les plus proches calculées par les différentes formules. Ces valeurs sont grisées dans le tableau précité.

58

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3.

Etude des crues et estimation des débits de pointe Pour un projet de protection contre les inondations, la détermination du débit de pointe

est une étape primordiale, pour le choix de l'aménagement approprié et la délimitation des zones inondables. Après avoir délimité les bassins versants de la zone d’étude et déterminé leurs caractéristiques, on vise dans cette étape à évaluer les débits des crues pour des périodes de retours allant de 10 à 100 ans.

3.1 Méthodologies utilisées pour l’étude des crues Les grandes classes des méthodes qui servent pour évaluer les crues des bassins versants se résument dans : ➢ Les méthodes statistiques ; ➢ Les formules empiriques ; ➢ Les méthodes hydrométéorologiques.

3.2 Les méthodes statistiques 3.2.1

Principe des méthodes statistiques

La détermination des événements hydrologiques s'avère plus difficile, puisqu’ils existent des variables qui changent avec le temps et dans l'espace. Dans tels cas, une approche probabiliste doit être retenue. Ces méthodes supposent que les événements sont indépendants les uns des autres dans le temps, c'est-à-dire que leur chronologie et leur ordre de grandeur ne sont pas reliés à des événements antérieurs. Elles reposent sur l’ajustement des lois de probabilités à des séries statistiques de débits instantanés maximum annuels ou des pluies journalières maximum annuelles observées. Le but recherché à travers cet ajustement est la détermination des paramètres de cette loi qui sera utilisée comme modèle de la distribution observée. Le problème majeur réside dans le choix de la loi de distribution. Pour cela à l’outil informatique « Hyfran Plus » qui permet de déterminer, la loi qui s’ajuste le mieux à l’échantillon et l’appliquer pour obtenir les valeurs des Qimax(T) et Pjmax(T) pour différentes périodes de retour. [2] 3.2.2

Présentation du logiciel utilisé « Hyfran Plus »

Le logiciel « Hyfran Plus » est élaboré par l’INRS - ETE (Institut National de Recherche Scientifique, Eau, Terre, Environnement) du Québec. Il fait partie des Système d'Aide à la

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Décision (SAD) et permet de faire la sélection de la loi de probabilité représentative de l’échantillon étudié. Cette modélisation permet de calculer les débits maximums et les pluies maximums pour diverses probabilités d’occurrence. Deux facteurs entrent en jeu : ➢ La représentativité de la série considérée : dans notre cas, Hyfran Plus ne permet pas d’estimer les débits de crue d’une fréquence au-delà de la centennale, et ceci à cause de la taille des échantillons des débits de pointes qui est limitée ; ➢ Le choix de la loi de probabilité : Hyfran Plus prend en charge de nombreuses lois de probabilité qui sont usuellement utilisés en hydrologie dont on cite : -

Loi de Galton ou Lognormal ;

-

Loi de Gumbel ;

-

Loi Normal ;

-

Loi de Gamma.

Le choix de la loi qui s'ajuste le mieux à la série des données se base sur des tests d'adéquations qui jugent la validité de la loi. Ces critères de choix se présentent comme suit : Le critère d’information Bayésien (BIC, proposé par Schawrz en 1978), destiné à la

-

sélection du meilleur modèle d’ajustement de la série de données. Il est calculé comme suit : BIC = -2log(L) +2K log(N) Le critère d’information d’Akaike (AIC, proposé par Akaike en 1974), permettant de

-

mesurer la qualité de l’ajustement du modèle qui est calculé comme suit : AIC = -2log(L) + 2K Où :

-

L

: est la vraisemblance ;

K

: le nombre de paramètres ;

N

: la taille de l’échantillon.

Probabilité à posteriori (Méthode de Shwarz). La distribution qui s’adapte le mieux à la série étudiée est celle qui possède les BIC et

AIC les plus faibles, et la probabilité à posteriori la plus grande.

60

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3.2.3

Transposition de Francou-Rodier

L’estimation des débits est également faite par analogie avec d’autres bassins versants. La méthode de Francou-Rodier est communément utilisée au Maroc, son principe consiste à transposer les débits pour différentes périodes de retour connus au niveau d’un bassin versant jauger vers les bassins versant étudiés à condition que ces derniers soient limitrophes et possèdent des caractéristiques similaires au premier. Les critères de similitude sont essentiellement la morphologie et le régime pluviométrique. La station hydrologique précitée est la plus proche de la zone de l’étude et dispose d’un historique suffisant pour faire l’objet d’ajustements statistiques. La formule s’écrit sous la forme suivante : [6]

Q P (T) = 106 × (

K(T) 1− 10

S ) 108

Avec : Qp (T)

: débit de pointe au bassin cible pour la période de retour T en m3/s ;

S

: surface du bassin cible en km² ;

K(T)

: paramètre de Francou-Rodier, déterminé grâce à la surface active du bassin d’origine (S’) en km², selon la formule suivante :

K (T) = 10 ×

ln (S′ /100Q′ P (T) ) ln(S ′ /108 )

Les valeurs du coefficient K(T) ainsi déterminées permettent de transposer les débits des crues au bassin actif cible. Q’p (T) est calculé par une étude statistique appliquée aux données observées dans le bassin d’origine.

3.3 Les formules empiriques Les différentes formules empiriques de calcul des débits des crues tiennent compte de deux facteurs essentiels : -

Les caractéristiques physiques et morphométriques ;

-

Les caractéristiques de relief.

61

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Les débits retenus sont ceux calculés par ces formules dont les limites de validités dépendent essentiellement de la taille des bassins. Suivant ce critère, on distingue deux classes de bassin dont on applique pour chacun les formules convenables :

Tailles des bassins versant

Formules empiriques utilisées

Petits bassins versants (S < 100 ha)

Mac-Math

Grands et petits bassins versants (S > 100 ha et S < 100 ha)

Fuller II Maillet-Gauthier Hazan-Lazarevic

Tableau 18 : Formules appliquées pour chaque classe des bassins versant.

Ces méthodes largement utilisées au Maroc, sont présentées ci-après : [7] 3.3.1

Formule de Fuller II

Cette formule s’écrit sous la forme suivante :

8 Q (T) = (1 + a × log(T)) × (S 0,8 + × S 0,5 ) × 4/3 × N/100 3 Avec : Q(T) : Débit de pointe en m³/s de récurrence T ; T

: Période de retour égale à (T=10, 20, 50 et 100 ans) ;

S

: Superficie du bassin versant en Km² ;

N

: Coefficient régional pris égal à : 80 en plaine ; 85 en région accidentée ; 100 en montagne.

a

: Coefficient variant selon les régions : 0,7 < a < 0,8 : Pour les grands bassins et pour les régions bien arrosées ; 0,8 < a < 2 : Pour les régions arides (pour les régions du Nord) ; 3 < a < 3,5 : Pour les oueds sahariens.

62

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Selon la région de notre étude, nous adoptons a = 0,8 et N = 85. 3.3.2

Formule de Mallet-Gauthier

L’énoncé de la formule de Mallet -Gauthier est comme suit :

Q (T) = 2 × K × log(1 + aH)×

S √L

× √1 + 4 × log(T) − log(S)

Avec : Q(T)

: Débit maximal en m3 /s, temps de retour T = (5, 10, 20, 50, 100 ans) ;

H

: Hauteur moyenne annuelle de pluie. On prend P = 335,1 mm (D’après les enregistrements de pluies moyennes mensuelle relatives à la station Berkane) ;

S

: Superficie du bassin versant en Km² ;

L

: Longueur du drain principal (Talweg) en Km ;

T

: Temps de retour en années (T = 5, 10, 20, 50, 100 ans).

a et K sont deux coefficients quand peut tirer du tableau suivant : Valeur de a

Varie de 20 à 30. Généralement, pour le Maroc, on adopte 20.

Valeur de K

Varie de 0,5 à 6.

Tableau 19 : Valeurs des coefficients a et K de la formule de Mallet-Gauthier.

Nous prenons : a = 20 et K = 1. Cette formule a été déterminée par des études sur les bassins algériens, ce qui rend son application au Maroc assez délicate surtout avec la forte amplitude de la variation du coefficient K. 3.3.3

Formule de Hazan-Lazarevic

La formule de Hazan-Lazarevic a été développée au Maroc. Elle donne le débit millénial en fonction de la superficie du bassin versant. Elle se présente sous la forme suivante :

Q (T=1000ans) = K1 × S K2 Où : Q(T=1000ans) : Débit de pointe en m³/s de récurrence 1000 ans ; S

63

: Superficie du bassin versant en Km². E.N.S.A.H

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K1 et K2 sont des paramètres qui dépendent de la situation géographique de la zone et de sa pluviométrie moyenne annuelle. Leurs valeurs sont présentées dans le tableau suivant : Province du Nord Moyen Atlas

Haut Atlas

Rif central Rif occidental Rif oriental K1

15,55

9,78

7,58

14,94

13,51

13,47

9,38

K2

0,776

0,793

0,808

0,636

0,613

0,587

0,742

Pluviométrie 1000 -1300 800 - 1000 600 - 800 700 - 900 500 - 700 400 - 500 200 - 400 [mm] Tableau 20 : Valeurs des paramètres K1 et K2 selon la situation géographique.

Etant donné que notre zone d’étude se situe dans le Rif oriental, nous prenons les valeurs de K1 et K2 suivante : K1 = 7.58 et K2 = 0.808. La transposition des débits des crues milléniales aux débits de récurrence T se fera par la formule du Fuller I qui s’écrit comme suit :

Q (T) = Q (T=1000) ×

(1 + a × log(T)) (1 + a × log( 1000))

Où : Q(T) : Débit de pointe en m³/s de récurrence T ; a

: Coefficient régional variant de 0,8 à 2 pour la partie nord du Maroc et 2 à 3,5 pour le Rif Occidental. Nous prenons a = 2. 3.3.4

Formule de Mac-Math (S < 100 ha)

L’utilisation de cette formule au Maroc peut conduire à des résultats satisfaisant si le coefficient "K" est bien cerné. Elle s’exprime par la formule suivante :

Q (T) = K × P(24h,T) × S 0,58 × I 0,42 × 10−3 Avec : Q(T)

: débit maximal de période de retour T en (m3/s) ;

S

: superficie du bassin versant (ha) ;

I

: pente moyenne du bassin versant (m/km) ;

64

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K

: coefficient dépendant de la topographie et de la nature du bassin versant, les valeurs de K sont données dans le tableau suivant : Nature de la surface

Valeur de K

Bassins versant de grandes dimensions et recouverts de végétation.

0,11

Superficies cultivées et terrains vagues des zones suburbaines.

0,22

Terrains non aménagés, non rocheux de pente moyenne, zones peu densément peuplées et faubourgs non pavés.

0,35

Petites cités, terrains non aménagés, rocheux à forte pente.

0,43

Tableau 21 : Valeurs du coefficient K de la formule de Mac-Math.

Dans notre cas, K sera pris égal à 0,35 ; P(24h, T)

: précipitation maximale en mm tombée en 24 h sur le bassin versant pour différentes périodes de retours.

Si le bassin versant à une superficie inférieure à 200ha (ce qui est vérifié dans le cas de la formule de Mac Math), l’orage peut être spécifiquement centré sur lui, il faut donc utiliser une pluie moyenne épicentrée avec :

P(24h,T) = K E(T) × Pjmax(T) Où : Pjmax(T) : quantiles issus de la loi d’ajustement convenable des pluies journalières maximal de la station pluviométrique de référence par la relation en mm ; KE(T)

: Coefficient d’épicentrage pour les bassin versants ayant une superficie inférieure à 200ha. Il est défini par la formule suivante : −d⁄ 20 )

K E(T) = 1 + (0.03 + 0.026 × ln(T) + 0.32 × e

× ln(S + 1)

Avec : S : superficie du bassin versant (Km2) ; T : période de retour (an) ; d : durée de la pluie (h), prise égale à 24h pour notre cas ; Le domaine de validité de cette formule est le suivant :

65

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0,5an ≤ Durée de la pluie locale ≤ 25an ; 1h ≤ Période de retour ≤ 24h. Cette formule nous permet ainsi de construire des abaques pour chaque période de retour. En voici l’exemple pour T=10ans :

Figure 25 : Valeur du coefficient d'épicentrage K en fonction de la surface du BV pour T=10ans. [8]

Remarque : Cette méthode sera prise en compte dans le calcul des bassins BV1, BV2 et BV4 dont la surface est inférieure à 1Km². Pour les autres bassins versant (BV3 et BV5), seules les méthodes adaptées aux grands bassins sont applicables.

3.4 Les méthodes hydrométéorologiques Le principe de ces méthodes est de relier les débits de crue aux précipitations. Il s’agit d’utiliser l’information pluviométrique pour calculer le débit de crue. [2]

66

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3.4.1

La méthode Rationnelle

La méthode rationnelle est bien adaptée aux petits bassins versants dont la superficie ne dépasse pas 25 km². Elle suppose que le débit de pointe de ruissellement ne peut être observé à l’exutoire d’un bassin versant que lorsque toute la superficie y contribue, et que la durée de l’averse est uniforme, généralisée est au moins égale au temps de concentration du bassin. Elle admet que la fréquence ou période de retour du débit maximum déterminé est égale à celle de la pluie maximale observée au cours d’une durée égale au temps de concentration tc. La relation s’écrit :

Q p(T) =

C × i(TC ; T) × S 3,6

Avec : Qp(T)

: Débit de pointe de la crue pour la période de retour T (m3/s) ;

S

: Superficie du bassin versant en Km² ;

C

: Coefficient de ruissellement ;

T

: Période de retour (an) ;

TC

: Temps de concentration en min ;

i(TC ; T)

: Intensité de la pluie pour la période de retour T et la durée TC (mm/h), elle est calculée par la formule de Montana qui s’exprime comme suite :

i(TC ; T) = 60 × aTC −b Où : a et b sont les coefficients de Montana (déjà mentionnés plus haut) déduits à partir des courbes IDF de la station météorologique de Bouarg. 3.4.2

La méthode de GRADEX

La méthode du GRADEX est une approche hydro-pluviométrique probabiliste du calcul des débits de crues d’un cours d’eau, pour des événements de durée de retour située entre 20 et 10 000 ans. Cette méthode a été développée en 1967 par les ingénieurs GILLAUT et DUBANT, qui l’on conçue pour des bassins relativement imperméables dans lesquels les crues exceptionnelles sont provoquées essentiellement par les pluies. Cette méthode suppose que

67

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

lorsqu’on est proche de la saturation, l’infiltration est limitée et à partir d’un certain débit, tout ce qui tombe ruisselle. L’intérêt de la méthode est l’utilisation de l’information « pluie », dont l’échantillon est plus long, pour compléter l’information « débit ». La méthode de GRADEX a été appliquée selon les étapes suivantes : • Détermination des pluies maximales journalières annuelles du poste pluviométrique de Berkane, à partir des séries journalières. • Ajustement par la loi de Gumbel de ces pluies maximales journalières et détermination des Pjmax(T) pour T allant de 10 à 100ans. • Calcul du GRADEX des pluies en 24 heures à base de l’ajustement statistique réalisé. • Calcul du GRADEX des débits de 24 heures par la relation :

Gd(24h)

S(Km2 ) = GP (mm) × 3.6 × 24(h)

• Calcul du GRADEX des débits instantanés Gd,i qui n’est autre que le produit de Gd(24h) et d’un coefficient de pointe Cp qui est défini comme étant la pente de la courbe F(Qjmax)=Qimax avec : Qimax : débit maximum instantané (m3/s) ; Qjmax : débit maximum journalier (m3/s). • Calcul du débit de pointe de référence Qp(T=10 ans) par la moyenne des débits décennales calculés à partir de la méthode rationnelle et les formules empiriques. • Calcul des débits de pointe pour différentes périodes de retour par la méthode du GRADEX selon la relation suivante :

Q p(T) = Q p(T=10ans) + Gd,i [ln(− ln (1 −

1 1 ) − ln(− ln(1 − ))] 10 T

3.5 Application de la méthodologie 3.5.1

Résultats de calcul par les méthodes statistiques

3.5.1.1 Ajustement statistique des débits instantanés maximaux Les séries des débits enregistrés à la station hydrologique de Berkane ont été ajustées à l’aide du logiciel Hyfran Plus suivant les distributions de la loi Gumbel, Normal, Lognormal, Exponentiel et Gamma. Le tableau suivant récapitule les critères de comparaison de ces différentes lois :

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Nb Param.

Modèle

X(T=100ans)

P(Mi)

P(Mi/x)

BIC

AIC

Lognormal (Maximum de 2 304,026 20,00 100,00 221,772 218,296 vraisemblance) Gamma (Maximum de 2 147,754 20,00 0,00 242,609 239,134 vraisemblance) Exponentiel (Maximum de 2 75,836 20,00 0,00 327,217 323,741 vraisemblance) Gumbel (Maximum de 2 71,749 20,00 0,00 386,140 382,664 vraisemblance) Normal (Maximum de 2 111,081 20,00 0,00 437,179 433,704 vraisemblance) Tableau 22 : Comparaison entre Les résultats d’ajustement par différentes lois des Qimax de la station de Berkane.

La loi qui s’ajuste le mieux à l’échantillon des Qimax à la station de Berkane, d’après les tests d’adéquation, est la loi Lognormal puisqu’il donne les valeurs de BIC et d’AIC les plus faibles, et une probabilité à posteriori plus grande. Les valeurs des débits instantanés pour chaque période de retour résultant de cet ajustement ainsi que sa représentation graphique sont montrées ci-après : Ajustement de débits instantanés maximaux annuels à la station de Berkane

Ajustement loi Log-normal (Maximum de vraisemblance) Taille de l’échantillon = 42 Moyenne : 16,17 Ecart-type : 40,8 Médiane : 0.77 I.C

Période de retour T

Fréquence de non dépassement

Quantile XT

10

0.90

26,70

13,00

10,0 - 43,3

20

0.95

62,20

34,50

17,9 - 106

50

0.98

161,00

103,00

29,2 - 293

100

0.99

304,00

212,00

32,0 – 576,0

Ecart-type 80 %

Tableau 23 : Résultat de l'ajustement des Qimax de la station de Berkane pour chaque période de retour par la lois Lognormal.

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Figure 26 : Représentation graphique de l'ajustement des Qimax de la station de Berkane par la lois Lognormal.

3.5.1.2 Transposition de Francou-Rodier Les résultats des débits de pointes, ainsi que les coefficients de Francou-Rodier relatives à la station de Berkane sont donnés dans le tableau suivant :

Station

Oued

Berkane

Oued Zegzel

Surface (km²)

Valeur

Débit et coefficient de Francou-Rodier correspondant T=10ans

T=20 ans

T=50ans

T=100ans

Q’p(T)

194.14

263.36

356.87

428.64

K(T)

2.87

3.13

3.38

3.53

127

Tableau 24 : Coefficients de Francou-Rodier dans la station de référence.

Les valeurs des débits de pointe transposées aux bassins versants étudiés par la méthode de Francou-Rodier sont données dans le tableau suivant :

Bassin versant

70

Surface (km²)

Transposition à partir des données relatives à la station de Berkane (m3/s)

BV1

0,716

Qp (T=10ans) 0,16

BV2

0,577

0,13

0,44

1,64

4,00

BV3

1,090

0,23

0,71

2,57

6,06

BV4

0,970

0,21

0,65

2,37

5,62

E.N.S.A.H

Qp (T=25ans) 0,51

Qp (T=50ans) 1,91

Qp (T=100ans) 4,60

HAFIDI Achraf

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BV5 3,363 0,58 1,70 5,67 12,68 Tableau 25 : Résultats de calcul des débits de pointe par la méthode Francou-Rodier.

Nous remarquons que la superficie du bassin jaugé est très grande par rapport à ceux de la zone d’étude et donc n’a pas le même comportement hydrologique. Sa transposition au bassins étudiés donnera nécessairement des valeurs très réduites et non significatives des débits réellement observés dans la zone, c’est pourquoi ils ne seront pas retenus pour la suite des calculs. 3.5.2

Résultats de calcul par les formules empiriques

3.5.2.1 Formule de Fuller II Les résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Fuller II sont présentés dans le tableau suivant : Débit de pointe en (m3/s)

Bassin Versant Qp (T=10ans)

Qp (T=20ans)

Qp (T=50ans)

Qp (T=100ans)

BV 1

6,16

6,99

8,08

8,90

BV 2

5,45

6,18

7,14

7,87

BV 3

7,87

8,92

10,31

11,36

BV 4

7,35

8,33

9,63

10,62

BV 5 15,36 17,41 20,13 22,19 Tableau 26 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Fuller II.

3.5.2.2 Formule de Mallet-Gauthier Les résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mallet-Gauthier sont présentés dans le tableau suivant : Débit de pointe en (m3/s) Bassin Versant Qp (T=10ans)

Qp (T=20ans)

Qp (T=50ans)

Qp (T=100ans)

BV 1

10,61

11,79

13,19

14,15

BV 2

7,96

8,83

9,70

10,41

BV 3

11,61

12,94

14,51

15,60

BV 4

9,83

10,94

12,27

13,18

BV 5 31,66 35,67 40,36 43,58 Tableau 27 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mallet-Gauthier.

3.5.2.3 Formule de Hazan-Lazarevic Les résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Hazan-Lazarevic sont présentés dans le tableau suivant :

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Débit de pointe en (m3/s) Bassin Versant

Q(T=1000ans)

BV 1

5,79

Qp (T=10ans) 2,48

Qp (T=20ans) 2,98

Qp (T=50ans) 3,63

Qp (T=100ans) 4,13

BV 2

4,86

2,08

2,50

3,06

3,47

BV 3

8,13

3,48

4,18

5,11

5,80

BV 4

7,40

3,17

3,81

4,65

5,28

BV 5 20,20 8,66 10,39 12,69 14,43 Tableau 28 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Hazan-Lazarevic.

3.5.2.4 Formule de Mac-Math (S < 100 ha) La valeur de Pjmax(T) a été prise de l’ajustement statistique des pluies maximales journalières enregistrées au niveau de la station de Berkane. Les tests d’adéquation ressortent que la loi Lognormal est celle qui s’ajuste le mieux à notre échantillon (Annexe n°4). Les valeurs des Pjmax(T) pour chaque période de retour résultant de cet ajustement sont montrées ci-dessous : Ajustement de Pjmax(T) avec la loi Lognormal (mm) (T=10 ans)

(T=20 ans)

(T=50 ans)

(T=100 ans)

92,6

112

140

162

Tableau 29 : Résultat de l’ajustement des Pjmax par la loi Lognormal réalisé sur Hyfran Plus.

En faisons intervenir le coefficient d’épicentrage pour les deux période de retour T=10ans et T=20ans, nous pouvons calculer P(24h,T) pour chaque période de retour et chaque bassin : P(24h,T) (mm)

Bassin Versant

KE(T=10ans)

BV 1

1,10

BV 2 BV 4

KE(T=20ans) (T=10 ans)

(T=20 ans)

(T=50 ans)

(T=100 ans)

1,11

102

124

140

162

1,08

1,09

100

122

140

162

1,13

1,14

104

128

140

162

Tableau 30 : Résultats de calcul des P(24h,T) pour chaque période de retour.

Enfin, les résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mac-Math sont présentés dans le tableau suivant : Débit de pointe en (m3/s) Bassin Versant

72

Qp (T=10 ans)

Qp (T=20 ans)

Qp (T=50 ans)

Qp (T=100 ans)

BV 1

2,75

3,36

3,78

4,38

BV 2

3,62

4,41

5,05

5,84

E.N.S.A.H

HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

BV 4

5,50

6,73

7,38

8,55

Tableau 31 : Résultats de calcul des débits de pointe par la formule de Mac-Math.

3.5.3

Les méthodes hydrométéorologiques

3.5.3.1 Méthode Rationnelle Le calcul des intensités de pluie i(TC ; T) donne les résultats suivants : i(Tc,T) en (mm/h) Bassin Versant (T=10 ans)

(T=20 ans)

(T=50 ans)

(T=100 ans)

BV 1

43,82

53,27

65,46

74,70

BV 2

46,10

56,01

68,80

78,49

BV 3

43,37

52,73

64,80

73,95

BV 4

39,05

47,54

58,48

66,77

BV 5

28,68 35,03 43,21 Tableau 32 : Résultats de calcul des intensités de pluie i(TC ; T).

49,42

Les résultats de calcul des débits de pointe par la méthode de Rationnelle sont présentés dans le tableau suivant : Débit de pointe en (m3/s) Bassin Versant Qp (T=10ans)

Qp (T=20ans)

Qp (T=50ans)

Qp (T=100ans)

BV 1

5,73

6,97

8,56

9,77

BV 2

5,17

6,28

7,72

8,80

BV 3

8,69

10,56

12,98

14,81

BV 4

6,00

7,31

8,99

10,27

BV 5 16,05 19,60 24,18 27,65 Tableau 33 : Résultat de calcul des débits de pointe par la méthode Rationnelle.

3.5.3.2 Méthode du GRADEX 3.5.3.2.1 Détermination du GRADEX moyen des pluies Les pluies maximales journalières annuelles du poste de Berkane ont été ajustées selon la loi de Gumbel dans le logiciel Hyfran Plus. Les valeurs des Pjmax(T) pour chaque période de retour résultant de cet ajustement sont illustrés en Annexe n°4, il en ressort que le GRADEX moyen des pluies est de 24,80 mm/24h. Nous faisons ensuite intervenir le coefficient KE pour les petits bassins (S ≤ 2Km2) pour aboutir aux résultats suivants :

73

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Bassins versants

Surface [Km²]

BV1

0,716

BV2

BV3

BV4

BV5

GRADEX des pluies (mm/24h) Pour T=20ans

27,5

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

Pour T=20ans

27,0

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

Pour T=20ans

28,5

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

Pour T=20ans

28,2

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

0,577

1,090

0,970

3,363

24,8

Tableau 34 : Résultats de calcul des GRADEX des pluies.

3.5.3.2.2 Détermination du coefficient de pointe La série des débits des crues à la zone d’étude conduisant à la réalisation de la courbe F(Qjmax)=Qimax mène à un coefficient de pointe égal à 2,22 (voir Annexe n°5). 3.5.3.2.3 Choix des débits décennaux Les débits calculés par la méthode de Franco-Rodier à partir des bassins limitrophes sont très petits et non significatifs pour tous les bassins ; Afin de calculer les débits des crues pour différentes fréquences de retours par la méthode du GRADEX, il est nécessaire au préalable de figer le débit décennal (pivot de la méthode du GRADEX). L’examen des débits décennaux déterminés par les différentes approches montre que : -

La formule de Mallet Gautier surestime largement les débits par rapport aux autres méthodes pour tous les bassins.

-

Les débits déterminés par la méthode Rationnelle les formules de Fuller II et Hazan Lazarevic sont comparables et prise en compte pour les bassins BV3 et BV5.

-

Pour les petits bassins versant (BV1, BV2, et BV4), la formule de Mac-Math qui est la plus adaptée aux petits bassins, sera prise en compte en plus de la méthode Rationnelle et la formule de Fuller II.

74

E.N.S.A.H

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Les résultats des débits retenus pour la crue décennale et ceux déterminés par la méthode du GRADEX pour les crues de fréquences plus faibles, sont synthétisés dans les tableaux suivants :

Bassins versant

BV1

BV2

BV3

BV4

BV3

Bassin Versant

S (km²)

Méthode Rationnelle

Formule de Fuller II

Formule de MalletGauthier

Formule de HazanLazarevic

Formule de Mac Math

Méthode de FrancoRodier (Bassin Limitrophe)

Qp(T=10ans) (m3/s)

Valeur retenue

BV1

0,716

5,731

6,164

10,614

2,480

2,753

0,160

4,883

BV2

0,577

5,171

5,449

7,961

2,084

3,621

0,134

4,747

BV3

1,090

8,688

7,865

11,608

3,483

-

0,227

6,679

BV4

0,970

6,004

7,350

9,827

3,171

5,501

0,206

6,285

BV5

3,363

16,046 15,359 31,664 8,656 0,581 Tableau 35 : Débits retenus pour la crue décennale.

13,354

Surface [Km²]

0,716

0,577

1,090

0,970

3,363

GRADEX des pluies (mm/24h)

GRADEX des débits de 24h (m3/s)

Pour T=20ans

27,5

0,23

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

0,21

Pour T=20ans

27,0

0,18

Cp

GRADEX des débits instantanés 0,51

2,22

24,8

0,17

0,37

Pour T=20ans

28,5

0,36

0,80

Pour T=50ans et T=100ans

24,8

0,31

Pour T=20ans

28,2

0,32

24,8

2,22

5,95

5,04

5,35

5,61

7,25

7,82

8,31

6,79

7,30

7,74

14,89

16,89

18,38

0,69 0,70 2,22

0,28

0,96

5,63

0,40 2,22

24,8

5,25 0,46

Pour T=50ans et T=100ans

Pour T=50ans et T=100ans

Débits calculés par la méthode du GRADEX [m3/s] (T=20 (T=50 (T= 100 ans) ans) ans)

0,62

2,22

2,14

Tableau 36 : Résultat de calcul des débits de pointe par la méthode du GRADEX.

75

E.N.S.A.H

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3.5.4

Débit Retenus

Les débits de projet retenus, pour les pluies de fréquence vingtennales, cinquantennales et centennales, sont le fruit d’une analyse et d’une comparaison des débits calculés par les méthodes présentées précédemment. Pour cela, on a retenu la moyenne des débits calculés par la méthode de GRADEX et ceux choisie précédemment dans L’examen des débits décennaux pour chaque bassin. Les débits retenus comme débits de projet pour chaque bassin versant et pour chaque période de retour sont récapitulés dans le tableau suivant : Débit de projet Qp (m3/s)

Bassin versant

S (Km )

BV1

2

(T=10ans)

(T=20ans)

(T=50ans) (T=100ans)

0,716

4,88

5,64

6,51

7,25

BV2

0,577

4,75

5,48

6,31

7,03

BV3

1,090

6,68

7,73

9,06

10,07

BV4

0,970

6,29

7,29

8,33

9,29

BV5 3,363 13,35 15,57 18,47 20,66 Tableau 37 : Les débits de projet retenus pour chaque période de retour.

3.5.5

Conclusion

L’étude hydrologique est l’étape la plus importante et la plus délicate pour une étude de protection contre les inondations. Le choix et la validation des débits de pointe constitue le socle sur lequel se construisent toute modélisation hydraulique des rivières, permettant ainsi la prévision des inondations et déterminent le type d’aménagement pour la protection et leurs coûts de réalisation.

76

E.N.S.A.H

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TROISIEME CHAPITRE : Etude hydraulique

L’étude hydraulique consiste à faire le diagnostic de la zone d’étude pour tout événement hydraulique. Dans le cas où les inondations sont causées par des cours d'eau qui sont bien identifiés, les études de protection contre les inondations nécessitent une modélisation du cours d'eau, afin de définir les hauteurs et les limites d'eau atteintes au passage des crues de différentes fréquences et leurs vitesses ainsi que d'autres caractéristiques qui permettent de comprendre l'écoulement et aident à définir les types de protections à retenir.

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1. Modélisation Hydraulique 1.1 Définition La modélisation hydraulique est destinée à simuler l'écoulement des cours d’eau, il s’agit d’une étape importante dans l’évaluation des risques liés aux inondations, elle a pour principale objectif d'estimer l'ampleur que peuvent entraîner les incertitudes tant sur les débits, les niveaux d'eau et les superficies inondées. Pour un événement hydrologique donné, le modèle numérique calcule en chaque point préalablement défini, le niveau, le débit et la vitesse de l’écoulement. Il peut se répartir en deux grands types : -

Les modèles 1D qui décrivent l'écoulement dans une section de vallée. Le traitement d'une multitude de ces sections unitaires permet de décrire le fonctionnement global de la rivière.

-

Les modèles 2D qui décrivent l'écoulement dans l'ensemble de la plaine alluviale par l'introduction d’un maillage qui restitue le relief. Ces modèles sont également capables d'intégrer une composante temporelle au travers d'un débit varié dans le temps.

1.2 Dispositif et outils informatiques utilisées Les outils informatiques utilisés fréquemment pour la réalisation d’une modélisation hydraulique sont : •

ArcGIS ;

•

HEC-GeoRAS ;

•

HEC-RAS. 1.2.1

Aperçu sur HEC-GeoRAS

HEC-GeoRAS est une extension d’Arc-GIS développée pour permettre l'échange de données entre les deux logiciels Arc-GIS et HEC-RAS. HEC-GeoRAS est l’interface qui permet de créer un modèle topographique pour le logiciel HEC-RAS. Cette interface créée pour Arc-GIS se présente sous forme d’un menu déroulant dans la barre d’outils d’Arc-GIS. Elle constitue un réel progrès car elle permet de gérer et générer des modèles topographiques pour la modélisation hydraulique à partir d’un modèle numérique de terrain, évitant ainsi une étape fastidieuse de saisie manuelle. [8]

78

E.N.S.A.H

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Figure 27 : Aperçu sur la barre d'outils HEC-GeoRAS.

Cette application permet le dessin des éléments constitutifs du modèle topographique et leur exploitation automatisée dans ArcGIS puis l’importation des résultats de la simulation hydraulique vers HEC-RAS. Les principaux thèmes créés par HEC-GeoRAS sont : -

La ligne centrale du cours d’eau (Stream Centerline) ;

-

Les limites entre le lit mineur et les berges (Bank Lines) ;

-

Les lignes directrices du chemin d’écoulement (Flow Path Centerlines) ;

-

Les sections transversales du cours d’eau (XS Cut Lines). Les données résultantes de la simulation par HEC-RAS, peuvent être exploitées par HEC-

GeoRAS sous ArcGIS pour analyser et cartographier les zones inondables. 1.2.2

Présentation du logiciel « HEC-RAS »

Hydrologic Engineering Centers River Analysis System ‘’HEC-RAS’’ est un logiciel créé par l’USACE (Corps des Ingénieurs de l’Armée Américaine). Il est désigné à modéliser les écoulements unidimensionnels à surface libre dans les canaux naturels et artificiels. Il permet de simuler les écoulements graduellement variés en régime permanent et en régime transitoire, d’effectuer les calculs de lignes d’eau en régime dynamique en simulant les différents obstacles (ouvrages de franchissement, ponts, dalots, …) le long du cours d’eau. [9] Le centre de contrôle, pièce maîtresse d'HEC-RAS permet de gérer et de combiner les différents types de données : -

Géométrie ;

-

Débits et conditions aux limites ;

79

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-

Conditions de calcul ;

-

Résultats. Ce logiciel s’est déjà montré très performant cela étant justifié par le nombre d’études

effectuées au monde avec ce logiciel et par la qualité du code de calcul développé par l’USACE.

Figure 28 : Fenêtre principale de HEC-RAS.

1.3 Méthodologie de la modélisation Cette modélisation se subdivise en cinq étapes : Construction d’un modèle géométrique du tronçon des rivières étudiées en se basant sur

-

un modèle numérique de terrain (MNT) à l’aide d’Arc-GIS ; -

Exportation du modèle réalisé vers HEC-RAS à l’aide de HEC-GeoRAS ;

-

Réalisation d’une simulation hydraulique à l’aide de HEC-RAS ;

-

Importation des résultats de la simulation vers Arc-GIS par le biais de HEC-GeoRAS ;

-

Délimitation des zones inondables à l’aide d’Arc-GIS. Ces étapes sont représentées sur l’organigramme suivant :

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Arc-GIS

Création du réseau triangulé irrégulier

(Préparation des données)

(TIN) à partir de modèle numérique de

terrain (MNT)

Préparation du modèle géométrique

HEC-GeoRAS (Prétraitement

des

(ligne centrale, rives de la rivière et les profils en travers)

données)

- Traitement de la géométrie de l’oued. - Paramétrage, débit, nature

HEC-RAS

d’écoulement, conditions aux

(Simulation hydraulique)

limites… - Simulation de la crue. - Visualisation des résultats.

Arc-GIS

Interpolation des hauteurs d’eau avec (Post-Traitement

des

MNT

données)

Résultat final

Identification des zones inondables

Figure 29 : Organigramme de la méthodologie de travail.

1.4 Application de la Méthodologie 1.4.1

Génération des modèles des cours d’eau avec HEC-GeoRAS

1.4.1.1 Topographie L’élaboration des fichiers de géométrie nécessite un fonds de base qui peut être un modèle numérique de terrain, une carte topographique ou des images satellitaires, en réalité, plus on

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dispose de documents, plus on a tendance à produire de bons résultats. La topographie ou les données altitudinales nécessitent le recours à un modèle numérique de terrain qui doit être doté d’une résolution acceptable. Cependant l’utilisation de ces données n’a pas été faite à l’état brut, en effet, HEC-GeoRAS ne peut pas exploiter directement les données d’élévation au format Raster. Il faut préalablement créer un réseau triangulé irrégulier TIN (Terrain Irreguler Network) qui est le meilleur fond topographique pour les modèles hydrauliques afin de bien représenter le terrain à grande échelle. 1.4.1.2 Construction du TIN (Terrain Irreguler Network) Le TIN représente le terrain extérieur avec exactitude et peut être aisément adapté à la complexité variable du terrain. Néanmoins, Il a une taille beaucoup plus volumineuse que le fichier raster. Afin de créer un TIN, nous avons adopté une méthode qui intègre les données topographiques en provenance des courbes de niveau et des levées topographiques réalisées dans la zone d’étude, et cela pour obtenir un MNT de résolution plus précise à celle de l’MNT qu’on a utilisé dans le chapitre précèdent pour la délimitation des bassins versant. La création du TIN pour notre zone d’étude a donné le résultat suivant :

Figure 30 : TIN de la zone d'étude créé à partir des levées topographiques.

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D’une première vue, on peut remarquer que les lits des chaâbas C1, C2, C3 et C4 ne sont pas matérialisés (voir figure ci-après), ce qui convient avec le diagnostic du terrain qui relève que le centre de Aichoune reçois les eaux issues de ces chaâbas par écoulement en nappe. Ce problème nous oblige à arrêter le processus de la modélisation avant même de procéder à la construction du modèle géométrique ni la simulation hydraulique.

Figure 31 : Profils en travers des chaâbas C1, C2, C3 et C4 au niveau de la zone basse de Aichoune.

2.

Conclusion Étant donné que la menace de la zone de l'étude se fait par un écoulement en nappe, et

qu'aucun oued bien matérialisé ne traverse la zone, aucune modélisation de cours d'eau n'a été nécessaire. Les seules vérifications hydrauliques ont été effectuée par enquêtes dans les zones inondées. Cette vérification hydraulique a été effectuée pour les raisons suivantes : -

L'existence des habitations et des biens menacés par les ruissellements

-

La présence des dégâts occasionnés par les crues antérieures ;

-

La vulnérabilité des équipements existants. D'après les vérifications hydrauliques, les différentes chaâbas qui traversent la zone

étudiée, présentent une menace sérieuse sur cette dernière, donc il s’avère très urgent de faire

83

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des aménagements à ce site qui vont protéger contre les inondations qui menacent la population et leurs biens.

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QUATRIEME CHAPITRE : Schéma d’aménagement et estimation financière

Le but de ce dernier chapitre est de fournir une information de base sur les catégories d'aménagements possible afin de protéger le centre de Aichoune exposé au risque d’inondations provoquées par les crues générées par l’ensemble des chaâbas précitées, en prenant en compte l’état d’urbanisation actuel et futur. Une fois la situation du risque est décrite, il est possible de faire une prévision d’un large éventail d’aménagements qui pourra a priori participer à la réduction des conséquences des écoulements provoquant les inondations.

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1. Réflexions générales et principes d'aménagement La situation d'inondation à Aichoune est liée à l'absence d'ouvrages d'évacuation des eaux pluviales sur une zone naturellement inondable. Les orientations d'aménagement font appel à diverses techniques : -

Dérivation des eaux en dehors du périmètre vulnérable ;

-

Construction d'ouvrage d'évacuation des eaux pluviales ;

-

Endiguement, seuils… ;

-

Réservation de terrains pour le stockage et la régulation des eaux ;

-

Délocalisation du bâti vulnérable. Le tableau suivant présente une synthèse des avantages et inconvénients de chaque de

type de solutions et les précautions qu'il y a lieu de prendre : Construction d'ouvrages d'évacuation

Dérivation

Endiguement

Stockage

Délocalisation

Efficacité

Bonne

Bonne

Bonne

Moyenne à bonne

Excellente

Mise en ouvre

Facile

Facile

Risque Augmentation de d'engravement, la capacité entretien d'érosion, suivi important important

Suivi et entretien

Faible

Pérennité

Assurée

Réduction efficacité par engravement

Coût investissement

Moyen

Coût exploitation

Risque induit

Facile si emprises Difficile en cas suffisantes forte pente

Difficile (socialement)

Risque d'engravement

Absence d'entretien

Assurée

Risque de réduction

Assurée

Fort

Moyen à fort

Fort à très fort

Très fort

Faible

Moyen à fort

Moyen à fort

Moyen à fort

Néant

Faible

Moyen à fort perte de mémoire

Moyen possible rupture

Faible

Néant

Tableau 38 : Tableau comparatif des orientations d'aménagement. [10]

Les principes de base qui guident le choix de telle ou telle solution sont les suivants :

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•

Principe n°1 : éviter la concentration des écoulements, lui préférer la diffusion, dispersion et le ralentissement,

•

Principe n°2 : sauvegarder et protéger les axes préférentiels d'écoulement et les laisser à ciel ouvert,

•

2.

Principe n°3 : éviter tout habitat dans la zone inondable.

Type de protections envisagées Les aménagements de protection contre les inondations sont des ouvrages qui permettent

d’annuler les débordements à proximité des enjeux (humains, économiques, etc…). Pour toute protection contre les problèmes d’inondation lors des passages des crues, deux solutions de protections sont envisagées, protection dites directes et indirectes, selon le type de problème à traiter : -

La protection indirecte : La protection indirecte, consiste à intervenir plus loin du site menacé en aménageant un ouvrage de dérivation des oueds responsables des inondations, vers d’autres bassins, situés à l’extérieur de la zone à protéger. Cette solution a été écartée suite aux travaux topographiques réalisées qui montrent que dans la zone de restitution, le lit de l'Oued Issaoua est plus haut comme l'indique le profil en long suivant :

Cuvette Aichoune

Oued Issaoua

Ouest

Figure 32 : La situation du centre de Aichoune par rapport au lit d’Oued Issaoua.

-

La protection directe : La protection directe consiste à intervenir directement sur les sites menacés, en y aménageant des ouvrages de protections appropriés (endiguement, reprofilage…), qui peuvent atténuer d’une manière significative les effets néfastes des crues.

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Étant donné que les chaâbas qui menacent la zone de l'étude ne sont pas bien matérialisés, nous proposons l’approche directe comme solution d’aménagement au niveau du centre de Aichoune. Ile consistera en reprofilage des chaâbas C1, C2, C3, et C4 par des canaux trapézoïdaux. A la traversée des habitations formant le noyau d'Aichoune, on aménage un ouvrage enterré pour rejoindre l’ouvrage hydraulique constitué de deux buses Ф1000 traversant la route nationale RN2, ceci sera assuré par un canal trapézoïdal le long de la piste n°5. Remarque : Concernant les reprofilages soit au niveau de la chaâba soit au niveau de la piste n°5, deux variantes ont été proposées : -

Une variante en béton ;

-

Une variante en maçonnerie.

3.

Hypothèses retenues 3.1 Les coefficients de rugosité Les coefficients de rugosité (n-Manning) pris en compte sont (voir Annexe n°6) : •

Sections bétonnées : n = 0.014

•

Sections en maçonnerie : n=0.040

3.2 Revanche de dimensionnement Il est pris en compte un tirant d’eau dans les ouvrages projetés d’au moins 20 cm pour tenir compte des turbulences en surface (remous et vagues) et des objets flottants susceptibles de dégrader la génératrice supérieure des ouvrages.

4.

Dimensionnement des ouvrages hydrauliques 4.1 Critères hydrauliques de dimensionnement Tous les ouvrages seront dimensionnés sur la base du débit correspondant à une période

de retour de 100 ans (Q100).

4.2 Dimensionnement des canaux La formule de Manning Strickler suivante est utilisée pour la vérification des canaux existants et le dimensionnement des canaux projetés :

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Q = K × R H 2/3 × I1/2 × S Avec : Q

: Débit de dimensionnement en m3/s ;

K

: Coefficient de Strickler caractérisant la rugosité des parois du canal (K=1/n) ;

RH : Rayon hydraulique du canal = S/P en m ; I

: Pente hydraulique du canal en m/m (pente du fond) ;

S

: Section mouillée en m². Le calcul des sections des canalisations des eaux pluviales sera effectué par le logiciel

« FlowMaster ».

4.3 Dimensionnement des ouvrages de franchissement Le dimensionnement et le calcul de la capacité des ouvrages de franchissement seront effectué par le logiciel HY-8 se basant dans ses calculs l'application des formules de Delorme lesquelles s’écrivent comme suit :

Q CR = 1.5 × L × H 3/2

Pour les dalots

Q CR = 2.8 × R × H 3/2 × 0.88

Pour les buses

Avec : L

: Ouverture du dalot (m) ;

R

: Rayon de la buse (m) ;

H

: Hauteur sous dalles pour les dalots ou le diamètre intérieur pour les buses (m). HY-8 a été développé par l'Administration Fédérale des Autoroutes des États-Unis. Ce

logiciel automatise les calculs hydrauliques des ouvrages de franchissements en utilisant un certain nombre de caractéristiques essentielles qui facilitent l'analyse et la conception des ouvrages. [10]

5.

Aménagement de la rive droite de la piste n°5 Afin d’acheminer les eaux issues des quatre chaâbas vers l’ouvrage hydraulique

traversant la RN2, nous avons jugé nécessaire la réalisation d’un canal trapézoïdal à ciel ouvert au nord du centre Aichoune.

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➢ Variante n°1 (béton) : Le calcul hydraulique a été réalisé à l’aide du logiciel « FlowMaster ». Le détail de ce calcul pour la première variante est présenté ci-dessous :

Figure 33 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°5.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3 de 20 cm d’épaisseur et sera posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,29 m

• Revanche

:

0.2 m

• Hauteur moyenne

:

1,5 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

• Longueur

:

395 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

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Figure 34 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°5.

➢ Variante n°2 (maçonnerie) : Le détail de ce calcul pour la deuxième variante est présenté ci-dessous :

Figure 35 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°5.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en maçonnerie de 30 cm d’épaisseur revêtu d’une couche de 5 cm de béton dosé à 350 kg/m3, sur une longueur de 395 m et aura les caractéristiques suivantes :

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• Tirant d’eau

:

2,04 m

• Revanche

:

0.20 m

• Hauteur moyenne

:

2,30 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1,5H/1V

• Longueur

:

395 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 36 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°5.

6.

L'ouvrage enterré principale Cet ouvrage est une buse qui reçoit l’ensemble des eaux en provenance des quatre chaâbas

pour les diriger ensuite vers le canal de la piste n°5. Son calcul hydraulique a été réalisé à l’aide du logiciel « FlowMaster ». Le détail de calcul est présenté ci-dessous :

92

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Figure 37 : Résultats de calcul hydraulique de la buse enterrée principale.

La buse enterrée sera réalisée en béton armé, il aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,71 m

• Revanche

:

0.25 m

• Hauteur moyenne

:

2,00 m

• Longueur

:

129,8 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

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Figure 38 : Coupe transversale de la buse enterrée principale.

Remarque : Des ouvrages de réception sont réalisés afin d’assurer le raccordement des canaux à l’ouvrage enterré principale.

7.

Aménagement de la chaâba C1 Les eaux pluviales de la chaâba seront collectées au niveau de la piste n°6 et drainées par

un canal trapézoïdal à ciel ouvert en rive gauche de la piste pour ensuite être raccordées à la buse enterrée principale. ➢ Variante 1 (béton) : Les résultats du calcul hydraulique du canal trapézoïdal avec la première variante sont présentés ci-dessous :

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Figure 39 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°6.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3 de 20 cm d’épaisseur et sera posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

0,93 m

• Revanche

:

0.20 m

• Hauteur moyenne

:

1,15 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

• Longueur

:

187 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

95

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Figure 40 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°6.

➢ Variante 2 (maçonnerie) : Le détail de ce calcul pour la deuxième variante est présenté ci-dessous :

Figure 41 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°6.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en maçonnerie de 30 cm d’épaisseur revêtu d’une couche de 5 cm de béton dosé à 350 kg/m3, sur une longueur de 187 ml et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,51 m

• Revanche

:

0.20 m

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• Hauteur moyenne

:

1,75 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1,5 H/1V

• Longueur

:

187 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 42 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°6.

8.

Aménagement de la chaâba C2 Consiste à l’interception des eaux pluviales de la chaâba à l'amont de l'école coranique

par le biais d'une digue fossé collectant les eaux pour les diriger vers un canal qui sera créé le long de la piste n°1.

8.1 Canal trapézoïdal à surface libre ➢ Variante 1 (béton) : Les résultats du calcul hydraulique du canal trapézoïdal avec la première variante sont présentés ci-dessous :

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Figure 43 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°1.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3 de 20 cm d’épaisseur et sera posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,14 m

• Revanche

:

0.20 m

• Hauteur moyenne

:

1,35 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

481,6 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

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Figure 44 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°1.

➢ Variante 2 (maçonnerie) : Le détail de ce calcul pour la deuxième variante est présenté ci-dessous :

Figure 45 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°1.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en maçonnerie de 30 cm d’épaisseur revêtu d’une couche de 5 cm de béton dosé à 350 kg/m3, sur une longueur de 481,6 ml et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,09 m

• Revanche

:

0.20 m

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• Hauteur moyenne

:

1,30 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

481,6 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 46 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°1.

8.2 Digue Le remblai de la digue est constitué de matériaux compactés prélevés du terrain. 8.2.1

Choix de la hauteur de la digue

Le calcul de la hauteur de la digue à construire doit tenir compte des éléments suivants : -

La profondeur souhaitée de l'eau dans l'étang ;

-

La revanche, c’est-à-dire partie supérieure de la digue qui ne doit jamais se trouver immergée, elle varie de 0,25m pour les très petits étangs en dérivation à 1m pour les étangs de barrage sans canal de dérivation. 8.2.2

Largeur en crête de la digue

Détermination de la largeur du sommet de la digue en fonction de la profondeur d'eau et du rôle que doit jouer la digue pour la circulation et/ou les transports : -

Elle doit être au moins égale à la profondeur d'eau.

-

Elle doit être d'autant plus importante que la teneur en sable du sol augmente.

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8.2.3

Pentes des talus de la digue

Les pentes latérales de chaque digue doivent être choisies en tenant compte des considérations suivantes : -

Plus la pente est forte, plus elle risque de s’abîmer ;

-

Plus le sol est sableux, plus sa résistance diminue et plus les pentes doivent être douces;

-

Lorsque la grandeur de l'étang augmente, les vagues deviennent de plus en plus importantes et l'érosion devient plus forte ;

-

Une pente plus douce facilite la construction des digues au bulldozer. D'ordinaire, les pentes latérales des digues vont de 1.5/1 à 3/1 (3/1 = 3H pour 1V = 3

unités horizontales pour 1 unité verticale, la plus petite valeur correspond toujours à la hauteur), selon les conditions locales. Le pendage (ou fruit) du talus des digues est à faire valider par une étude de stabilité fonction des matériaux utilisés. Le tableau suivant récapitule les caractéristiques de la digue de protection à construire pour intercepter l’écoulement de la chaâba C2 : Nature de l’ouvrage

Hauteur moyenne (m)

Largeur en crête (m)

Pente des talus (m/m)

Longueur total (m)

Digue

2

1,5

1,5H/1V

171

Tableau 39 : Caractéristiques de la digue de protection.

9.

Aménagement de la chaâba C3 Les eaux pluviales de la chaâba C3 seront collectées au niveau de la piste n°3 et drainées

par un fossé en rive gauche de la piste pour ensuite être raccordées à la buse enterrée principale. ➢ Variante 1 (béton) : Les résultats du calcul hydraulique du canal trapézoïdal avec la première variante sont présentés ci-dessous :

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Figure 47 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°3.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3 de 20 cm d’épaisseur et sera posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

0,84 m

• Revanche

:

0.20 m

• Hauteur moyenne

:

1,05 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

110,2 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

102

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Figure 48 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°3.

➢ Variante 2 (maçonnerie) : Le détail de ce calcul pour la deuxième variante est présenté ci-dessous :

Figure 49 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°3.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en maçonnerie de 30 cm d’épaisseur revêtu d’une couche de 5 cm de béton dosé à 350 kg/m3, sur une longueur de 110,2 ml et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,37 m

• Revanche

:

0.20 m

103

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• Hauteur moyenne

:

1,6 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

110,26 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 50 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°3.

10. Aménagement de la chaâba C4 L’aménagement de cette chaâbas se fera en deux tronçons : -

Le premier Collecte des eaux pluviales de la chaâba C4 en créant un fossé (canal trapézoïdal à ciel ouvert) le long de la piste n°4 du côté droit. A l’arrivée au noyau du centre, le canal ne peut plus être envisagé à cause de l’existence

-

de chemins et d’habitations occupant la totalité de l’espace. Le deuxième tronçon sera donc assuré par une buse en béton enterrée qui sera raccordé à la buse principale.

10.1 Canal trapézoïdal à ciel ouvert ➢ Variante 1 (béton) : Les résultats du calcul hydraulique du canal trapézoïdal avec la première variante sont présentés ci-dessous :

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Figure 51 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°4.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3 de 20 cm d’épaisseur et sera posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

0,89 m

• Revanche

:

0.20 m

• Hauteur moyenne

:

1,10 m

• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

122,2 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

105

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Figure 52 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en béton au niveau de la piste n°4.

➢ Variante 2 (maçonnerie) : Le détail de ce calcul pour la deuxième variante est présenté ci-dessous :

Figure 53 : Résultats de calcul hydraulique du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°4.

Le canal trapézoïdal à ciel ouvert sera réalisé en maçonnerie de 30 cm d’épaisseur revêtu d’une couche de 5 cm de béton dosé à 350 kg/m3, sur une longueur de 122,2 ml et aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,44 m

• Revanche

:

0,20 m

• Hauteur moyenne

:

1,65 m

106

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• Largeur à la base

:

1,0 m

• Pente des talus

:

1.5 H/1V

•

:

122,2 ml

Longueur

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 54 : Coupe transversale du canal trapézoïdal en maçonnerie au niveau de la piste n°4.

10.2 La buse enterrée de la chaâba C4 Comme nous l’avons déjà indiqué, cet ouvrage reçoit les eaux en provenance de la chaâbas C1 pour les raccorder avec la buse enterrée principale. Son calcul hydraulique réalisé à l’aide du logiciel « FlowMaster » est présenté ci-dessous :

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Figure 55 : Résultats de calcul hydraulique de la buse enterrée de chaâba C4.

La buse enterrée sera réalisée en béton armé, il aura les caractéristiques suivantes : • Tirant d’eau

:

1,23 m

• Revanche

:

0.25 m

• Hauteur moyenne

:

1,5 m

• Longueur

:

53,4 ml

Une coupe transversale de l’ouvrage est illustrée dans la figure suivante :

Figure 56 : Coupe transversale de la buse enterrée de chaâba C4.

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Remarque : L’ensemble des coupes en travers types des ouvrages projetés est représenté en Annexe n°7.

11. Les ouvrages de franchissement 11.1 Vérification de la capacité hydraulique des ouvrages A gauche de la piste 5, on note l'existence d'un ouvrage hydraulique sous la RN2 évacuant les eaux de drainage de la route vers les terrains de culture situés au Nord, dont les caractéristiques sont données dans le tableau ci-après :

Ouvrage

Type

Largeur (m)

Diamètre (mm)

Ouvrage de franchissement

Buse

2

1000

Tableau 40 : Caractéristiques de l'ouvrage hydraulique sous la RN2.

La vérification de la capacité hydraulique des ouvragés sera vérifiée par la formule de Delorme plus pessimiste que celle de Manning Strickler qui introduit la notion de pente critique à partir de laquelle l'ouvrage atteint la capacité maximale (c.à.d. qu'au-delà de la pente critique, même si la pente augmente, l'ouvrage évacue toujours le même débit). La hauteur (H) d'eau à l'amont de l'ouvrage dépend des caractéristiques géométriques de la section de l'obstacle par rapport à la section de l'écoulement. Pour la vérification de la capacité du transit du débit centennal de l’ouvrage de franchissement nous avons utilisé le logiciel HY-8. La première étape est de définir le système des unités et les paramètres nécessaires de l’ouvrage en cliquant sur la fenêtre « Culvert Crossing » :

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Figure 57: Les paramètres des deux buses existantes sous la RN2.

L'étape suivante est l’analyse des données définis de l’ouvrage, en cliquant sur le bouton « Analyze Crossing » on obtient un tableau récapitulatif comme indiqué dans la figure cidessous :

Débit maximum que peut contenir l’ouvrage

Figure 58 : Capacité de transit des deux buses existantes sous la RN2.

Il ressort des résultats du tableau que l'ouvrage hydraulique OH sous la RN2 présente une incapacité pour évacuer le débit centennal.

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En effet pour un débit de pointe centennal de 20,66 m3/s, la hauteur d’eau dépasse la crête de la chaussée d’environ 2,5 m et la capacité maximum de l’ouvrage pour faire transiter le débit d’une crue centennale est de 8.10 m3/s. La figure ci-dessous illustre bien l’insuffisance de l’ouvrage par l'élévation de l'eau (ligne bleu) qui dépasse beaucoup la chaussée, cette figure a été obtenu l’option « front view » sur HY-8 qui montre la ligne d'eau maximale de la crue centennale :

Figure 59 : Vue de face des deux buses existantes sous la RN2.

11.2 Redimensionnement de l’ouvrage de franchissement sur la RN2 Afin d’évacuer les débits de projet centennal sans rencontrer des problèmes de débordements sur la RN2, il a été jugé utile de remplacer les 2 buses Ø1000 mm, par un dalot à quatre ouvertures dont les dimensions sont les suivantes : 2,0 m x 1,0 m. Les paramètres des dalots proposés sont illustrés dans le tableau suivant :

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Figure 60 : Les paramètres du dalot à quatre ouvertures projetées sous la RN2.

La vérification de la capacité du nouvel ouvrage projeté sur la RN2 pour faire évacuer le débit centennal a montré sa suffisance :

Débit maximum que peuvent contenir les 4 dalots

Figure 61 : Capacité de transit du dalot à quatre ouvertures projeté sous la RN2.

Le dalot proposé permet de transiter un débit de 20,66 m3/s lors d’une crue centennale avec une hauteur d’eau maximale de 1,85 m. Une vue en profil de la surface d’eau est présentée dans la figure suivante :

112

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Figure 62 : Profil de surface de l'eau au niveau du dalot projeté.

Une autre option graphique qui est très intéressante est accessible via le bouton « Front View ». Cette option permet de montrer que le dalot projeté présente une hauteur suffisante pour le transit du débit centennal, par l'élévation de l'eau (ligne bleu) qui ne dépasse pas la chaussée :

Figure 63 : Vue de face du dalot à quatre ouvertures projeté sous la RN2.

Remarque : Notre ouvrage de franchissement sera réalisé en béton armé dosé à 350 Kg/m3, de 20 cm d’épaisseur et posé sur une couche de béton de propreté de 10 cm d’épaisseur. La coupe en travers types de cet ouvrage est représentée en Annexe n°7.

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12. Estimation financière des aménagements proposés Les coûts des aménagements résultants des solutions proposées établis sur la base des prix unitaires pratiqués dans la région du projet et des avant-métrés correspondants (Le tableau du détail estimatif des aménagements est présenté en Annexe n°8), sont présentés dans le tableau ci-après : Désignation

Montant DH

Digue pour collecter les EP de la Chaâba C2.

205625

Création de canaux à surface libre pour collecter les EP des chaâbas (variante n°1). Création de canaux à surface libre pour collecter les EP des chaâbas (variante n°2). Ouvrages de réception sur les canaux des chaâbas C1, C2, C3, C4 et la piste n°5.

5260268

3138953

213382

Dalot de quatre ouvertures

695648

Buse enterrée principale et celle de la chaâba C4.

629860

TOTAL DH – HT (Variante n°1)

7004820

TVA (20%) (Variante n°1)

1400964

TOTAL DH – TTC (Variante n°1)

8405784

TOTAL DH – HT (Variante n°2)

4883505

TVA (20%) (Variante n°2)

976701

TOTAL DH – TTC (Variante n°2)

5860206

Tableau 41 : Cout de l'ensemble des aménagement projetés.

D’après le résultat obtenu de l’estimation financière réalisé, la deuxième variante sera retenue pour les causes suivante : -

Elle est la plus économique des deux variantes ;

-

Elle convient le mieux avec l’esthétique de la région.

-

Elle résiste aux contraintes effectuées par l’écoulement.

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Les coûts des aménagements de protection contre les inondations du centre d'Aichoune sont donc évalués à 5,86 MDH TTC.

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Conclusion générale Durant notre stage de fin d’études qui a duré quatre mois au sein de l’Agence du Bassin Hydraulique de Moulouya, il a été question de faire l’étude d’inondabilité et la proposition des solutions d’aménagement pour la protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune. Pour ce faire nous étions menés à le diviser en quatre phases : Un diagnostic détaillé de la situation d’inondation à Aichoune qui nous a donné une

-

première idée sur la problématique et les risques engendrés. L’étude hydrologique des bassins versants concernés par l’étude qui a permis d’estimer

-

le temps de concentration et les débits des crues, pour différentes fréquences. -

Ensuite, il a été question de monter un modèle hydraulique numérique et géométrique des cours d’eau, chose qui nous n’a pas été permis à cause de la morphologie des chaâbas. Enfin, la dernière phase a concerné les solutions d’aménagements et leurs estimation

-

financière, pour cela nous avons proposé la réalisation de deux buses enterrées, d’une digue de protection et de cinq canaux trapézoïdaux à ciel ouvert avec deux variantes. En plus de ça, l’ouvrage de franchissement existant au niveau de la RN2 a été redimensionné afin de permettre le transite du débit centennal. Le nouvel ouvrage est un dalot à quatre ouvertures. Les décisions finales du choix entre les deux variantes ont passé par une recherche de compromis entre l'efficacité attendues en termes de lutte contre les inondations et le coût induit par les aménagements. Au terme de ce travail, on peut dire que les objectifs visés par le projet ont été atteints et qu’à travers ce dernier on a pu acquérir beaucoup de connaissances relatives au domaine de protection contre les inondations, aussi, il nous a permis d’appliquer les différentes informations et disciplines acquises au cours de nos études à l’Ecole Nationale des Sciences Appliquée d’Al Hoceima, en effet nous nous sommes appliquées à la valorisation de l’information, la description, l’analyse et l’interprétation des données, chose qui donnera sans doute un élan considérable à notre carrière professionnelle.

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Bibliographie [1] Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya, monographie des ressources en eau des communes rurales de la préfecture Oujda-Angad et les provinces de Nador et Berkane « province de Berkane _ville d’Ahfir_ » 2010. [2] N. SERHIR, cours hydrologie opérationnelle, Ecole Hassania des Travaux Publics, Casablanca, 2014. [3] Support de cour ArcGIS 9.xx. [4] J.P.MABORDE, cours « Elément d'hydrologie de surface », Ecole Polytechnique de l'Université NICE-SOFIA ANTIPOLIS, 2009. [5] J.L BONNENFANT et R.PELTIER - Publication BCEOM - Mai, Juin 1950 retiré du Livre « Hydraulique Routière ». [6] M.OURAHOU « Etude Hydrologique des Bassins Versant » Office Régional de Mise en Valeur Agricole de Tafilalet, 2009. [7] Ministère de l'Equipement et des transports -Direction des routes- « Guide de conception des routes rurales » Décembre 2008. [8] USACE. Hec-GeoRAS User’s Manual. US Army Corps of Engineers – Hydrological Engineering Center, 2006. [9] HEC-RAS River Analysis System, Guide de laboratoire « HEC-RAS Version 3.1.1, Mars 2005 ». [10] AL KHIBRA Etudes ET Conseils, Etude de protection contre les inondations du centre de Sidi Bouhouria (Province Berkane), 2015. [11] HY-8 User Manual (Version 7.3), HY-8 Culvert Analysis Program.

Webographie [12] http://www.abhmoulouya.ma/ « Site officiel de l'ABHM », Mars 2018. [13] https://www.esri.com « site officiel de ESRI », Avril 2018. [14] http://www.risques-meteo.ac-versailles.fr, Avril 2018.

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LES ANNEXES

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Liste des Annexes

Annexe n°1 : Pluies journalières maximales annuelles du poste de Berkane. Annexe n°2 : Débits instantanés maximaux annuels et débits maximaux journaliers annuels enregistrés dans la station hydrologique Berkane. Annexe n°3 : Les cartes, Courbes et diagrammes hypsométriques des bassins versant étudiés. Annexe n°4 : Les tests d’adéquation de l’ajustement des Pjmax(T) ; Résultat et graphique de l’ajustement Pjmax(T) par la loi Lognormal ; Résultat et graphique de l’ajustement Pjmax(T) par la loi Gumbel. Annexe n°5 : Courbe F(Qjmax)=Qimax. Annexe n°6 : Valeurs du coefficient de n de Manning. Annexe n°7 : Les coupes en travers types des aménagements proposés. Annexe n°8 : Estimation financière détaillée des aménagements proposés.

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Annexe n°1 : Pluies journalières maximales annuelles du poste de Berkane :

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Année

Pjmax (mm)

1959/60 1960/61 1961/62 1962/63 1963/64 1964/65 1965/66 1966/67 1967/68 1968/69 1969/70 1970/71 1971/72 1972/73 1973/74 1974/75 1975/76 1976/77 1977/78 1978/79 1979/80 1980/81 1981/82 1982/83 1983/84 1984/85 1985/86 1986/87 1987/88 1988/89 1989/90 1990/91 1991/92 1992/93

25,5 49 41 38 88,4 82 25,6 52,5 169,7 24,2 123,1 33,8 36 67,9 119,4 70,3 36,2 77,9 37,6 33,3 56,1 47,8 58 30,6 18,9 14,5 29 93 19,8 60,1 37,3 34,3 38,2 88,5

Pluie annuelle (mm) 228,3 270,9 332,5 243,0 626,5 588,1 119,9 409,2 719,3 385,6 484,7 347,2 340,3 602,9 478,4 442,5 379,1 415,8 328,5 248,7 369,2 437,8 241,5 139,7 197,2 153,4 344,5 363,8 137,8 311,1 256,4 306,0 283,8 365,3 HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

1993/94 1994/95 1995/96 1996/97 1997/98 1998/99 1999/00 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13 2013/14 2014/15 2015/16 2016/17 2017/18

38,1 135,7 21,5 30,5 38,8 42 33 22,5 41,3 55 115 48,4 54,2 56 58,8 73 82,7 57,4 65 60 35,8 29 25 -

Pmoy interannuelle 57 Taille

121

E.N.S.A.H

301,3 489,2 181,5 217,9 302,5 241,0 208,1 198,5 337,6 410,3 527,8 271,2 331,5 242,0 327,0 460,8 513,1 305,7 324,4 420,1 335,9 278,1 209,2 259,9 175,1 335,1 59

Moyenne

54,0

Max

169,7

335,1 719,3

Min

14,5

119,9

Ecart-type

31,7

127,8

Cv

0,59

0,38

Mediane

42,0

327,0

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Annexe n°2 : Débits instantanés maximaux annuels et débits maximaux journaliers annuels enregistrés dans la station hydrologique de Berkane :

Année 1959/60 1960/61 1961/62 1962/63 1963/64 1964/65 1965/66 1966/67 1967/68 1968/69 1969/70 1970/71 1971/72 1972/73 1973/74 1974/75 1975/76 1976/77 1977/78 1978/79 1979/80 1980/81 1981/82 1982/83 1983/84 1984/85 1985/86 1986/87 1987/88 1988/89 1989/90 1990/91 1991/92 1992/93 1993/94

122

E.N.S.A.H

Débit Max Journalier (m3/s) 9,23 3,21 27,70 50,80 69,80 2,93 2,80 1,77 2,63 3,62 67,20 7,22 0,11 0,09 0,04 0,01 0,33 0,30 0,40 0,29 0,32 0,0014 1,68 0,22

Débit Max Instantané (m3/s) 10,00 3,40 52,00 131,00 206,00 2,95 2,88 12,40 2,82 3,76 97,40 18,50 0,11 0,09 0,05 0,01 0,42 0,42 0,40 0,42 2,68 0,11 1,70 0,22 HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Taille

43,05 0,16 0,47 1,03 3,91 0,35 0,64 0,80 1,49 16,25 0,72 0,35 0,18 0,26 0,35 0,96 0,06 0,28 42

75,00 0,24 0,64 1,83 15,28 0,35 0,64 0,80 1,49 29,81 0,74 0,35 0,18 0,26 0,35 0,96 0,06 0,29 42

Moyenne

7,71

16,17

Max

69,80

206,00

Min

0,00

0,01

Ecart-type

17,5

40,8

Cv

2,27

2,52

Médiane

0,68

0,77

1994/95 1995/96 1996/97 1997/98 1998/99 1999/00 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13 2013/14 2014/15 2015/16 2016/17 2017/18

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Annexe n°3 : Les cartes, courbes et diagrammes hypsométriques des bassins versants étudiés :

La carte, la courbes et le diagramme hypsométriques de BV1

La carte, la courbes et le diagramme hypsométriques de BV2

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

La carte, la courbes et le diagramme hypsométriques de BV3

La carte, la courbes et le diagramme hypsométriques de BV4

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E.N.S.A.H

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

La carte, la courbes et le diagramme hypsométriques de BV5

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E.N.S.A.H

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Annexe n°4 : Les tests d’adéquation de l’ajustement des Pjmax(T) ; Résultat et graphique de l’ajustement Pjmax(T) par la loi Lognormal ; Résultat et graphique de l’ajustement Pjmax(T) par la loi Gumbel :

Modèle

Nb Param.

X(T=100ans)

P(Mi)

P(Mi/x)

BIC

AIC

2

161,962

11,11

63,05

535,605

531,519

2

140,859

11,11

6,50

540,151

536,065

2

137,577

11,11

4,94

540,698

536,612

2

198,800

11,11

1,48

543,111

539,025

2

127,834

11,11

0,00

563,030

558,944

Lognormal (Maximum de vraisemblance) Gamma (Maximum de vraisemblance) Gumbel (Maximum de vraisemblance) Exponentiel (Maximum de vraisemblance) Normal (Maximum de vraisemblance)

Ajustement des pluies journalière maximales annuelles à la station de Berkane Ajustement loi Lognormal (Maximum de vraisemblance) Taille de l’échantillon = 57 Moyenne = 54,0 Ecart-type = 31,7 Médiane = 42,0 I.C

Période de retour T

Fréquence de non dépassement

Quantile XT

10

0.90

92,6

8,89

75,2 - 110

20

0.95

112

12,3

88,4 - 137

50

0.98

140

17,6

106 - 174

100

0.99

162

22,2

118 - 206

127

E.N.S.A.H

Ecart-type 95 %

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Ajustement des pluies journalière maximales annuelles à la station de Berkane Ajustement loi de Gumbel (Maximum de vraisemblance) Taille de l’échantillon = 57 Moyenne = 54,0 mm Ecart-type = 31,7 mm Médiane = 42,0 mm

Paramètre de position = 39,7 Paramètre d’échelle = 24,8

I.C

Période de retour T

Fréquence de non dépassement

Quantile XT

10

0.90

88

6,5

75,3 - 101

20

0.95

103

7,96

87,6 - 119

50

0.98

123

9,92

103 - 142

100

0.99

138

11,4

115 - 160

128

E.N.S.A.H

Ecart-type 95 %

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Annexe n°5 : Courbe F(Qjmax)=Qimax :

Q max instantané (m3/s) = -0,938951433911893+(2,21729556788138*Q max journalier (m3/s)) Cp c'est la pente du graphe donc : Cp=2,21729556788138 Cp≈2,22

129

E.N.S.A.H

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Annexe n°6 : Valeurs du coefficient de n de Manning :

130

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Annexe n°7 : Les coupes en travers types des aménagements proposés :

9

Canal trapézoïdal à ciel ouvert en béton (exemple au niveau de la piste n°5)

Canal trapézoïdal à ciel ouvert en maçonnerie (exemple au niveau de la piste n°5)

131

E.N.S.A.H

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Dalot à quatre ouvertures (2,0 m x 1,0 m) sous la RN2

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E.N.S.A.H

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Buse enterrée (exemple de la buse enterrée principale)

133

E.N.S.A.H

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Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Annexe n°8 : Estimation financière détaillée des aménagements proposés :

Canal trapézoïdal à ciel ouvert Chaâba C1, C2, C3, C4 et piste n°5 (Variante n°1 : Béton Armé) N°

Désignation

Quantité

PU DH

Montant DH HT

m3 m3 m3 kg

293 19 207 21781

50 600 1400 14

14650,3 11220,0 290408,7 304929,1

m3 m3 m3 kg

983 48 604 63387

50 600 1400 14

49168,4 28896,0 845159,1 887417,0

m3 m3 m3 kg

149 11 114 12001

50 600 1400 14

7448,8 6612,0 160013,9 168014,6

m3 m3 m3 kg

178 12 131 13771

50 600 1400 14

8905,3 7332,0 183606,7 192787,0

m3 m3 m3 kg

963 40 538 56475

50 600 1400 14

48140,6 23700,0 753001,0 790651,0

Unité Canal Chaâba C1

1_1 1_2 1_3 1_4

Déblais pour fouilles Béton de propreté (10 cm d'épaisseur)

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur) Acier H.A Canal Chaâba C2

2_1 2_2 2_3 2_4

Déblais pour fouilles Béton de propreté (10 cm d'épaisseur)

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur) Acier H.A Canal Chaâba C3

3_1 3_2 3_3 3_4

Déblais pour fouilles Béton de propreté (10 cm d'épaisseur)

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur) Acier H.A Canal Chaâba C4

4_1 4_2 4_3 4_4

Déblais pour fouilles Béton de propreté (10 cm d'épaisseur)

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur) Acier H.A Canal Piste n°5

5_1 5_2 5_3 5_4

Déblais pour fouilles Béton de propreté (10 cm d'épaisseur)

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur) Acier H.A

134

E.N.S.A.H

Total

4782061,5

Divers et imprévus (10 %)

478206,2

Total Général

5260267,7

HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Canal trapézoïdal à ciel ouvert Chaâba C1, C2, C3, C4 et piste n°5 (Variante n°2 : Maçonnerie) N°

Désignation

Quantité

PU DH

Montant DH HT

m3

593

50

29657,0

m

3

444

650

288427,7

m

3

69

1400

96993,2

m3

923

50

46173,4

3

908

650

590445,1

139

1400

195098,6

300 244 38

50 650 1400

14987,2 158349,9 52986,6

350 277 43

50 650 1400

17516,6 179888,9 60298,5

2021 1172 186

50 650 1400

101070,6 761990,5 259710,0

Unité Canal Chaâba C1

1_1

Déblais pour fouilles

1_2 1_3

Maçonnerie (30 cm d'épaisseur) Béton dosé à 350 kg/m3 (5 cm d'épaisseur)

Canal Chaâba C2 2_1

Déblais pour fouilles

2_2

Maçonnerie (30 cm d'épaisseur)

m

2_3

Béton dosé à 350 kg/m3 (5 cm d'épaisseur)

m3

Canal Chaâba C3 3_1 3_2 3_3

Déblais pour fouilles Maçonnerie (30 cm d'épaisseur) Béton dosé à 350 kg/m3 (5 cm d'épaisseur)

m3 m3 m3

Canal Chaâba C4 4_1 4_2 4_3

Déblais pour fouilles Maçonnerie (30 cm d'épaisseur) Béton dosé à 350 kg/m3 (5 cm d'épaisseur)

m3 m3 m3

Canal Piste n°5 5_1 5_2 5_3

Déblais pour fouilles Maçonnerie (30 cm d'épaisseur) Béton dosé à 350 kg/m3 (5 cm d'épaisseur)

135

E.N.S.A.H

m3 m3 m3

Total

2853593,9

Divers et imprévus (10 %)

285359,4

Total Général

3138953,3

HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

DIGUE DE PROTECTION N°

Désignation

Unité

Quantité

PU DH

Montant DH HT

1

Installation et repli du chantier

F

1

100000

100000

2

Réalisation d'études et plans complémentaires d'exécution

F

1

60000

60000

3

Remblais compactés sur une longueur 171m

m3

769,5

35

26932,5

Total

186932,5

Divers et imprévus (10 %)

18693,25

Total Général

205625,75

Dalot 4*(2 m*1 m) sous la RN2 N°

Désignation

Unité

Quantité

PU DH

Montant DH HT

1

Démolition de l'ouvrage existant

F

1

60 000

60000,0

2

Déblai

m3

200

50

10000,0

3

Remblai compacté

m3

150

50

7500,0

4

Béton de propreté

m3

25

600

15000,0

5

Ferraillage

kg

19360

14

271040,0

6

Joins d'étanchéité

ml

75

300

22500,0

176

1400

246400,0

7

136

Béton dosé à 350 kg/m3 (20 cm d'épaisseur)

E.N.S.A.H

m

3

Total

632440,0

Divers et imprévus (10 %)

63244,0

Total Général

695684,0

HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

Buses enterrées N°

Désignation

Unité

Quantité

PU DH

Montant DH HT

Buse enterrée principale 1_1 1_2

Conduite 2000 165 A

ml

130

3 000

389400,0

Déblais pour fouilles

m

3

200

50

10000,0

3

65

60

3900,0

1_3

Remblai primaire

m

1_4

Remblais secondaire

m3

29

50

1450,0

3

15

200

3000,0

53 200 220 143 5

2 500 50 60 50 200

133500,0 10000,0 13200,0 7150,0 1000,0

1_5

Lit de pose en sable

m

Buse enterrée chaâba C4 2_1 2_2 2_3 2_4 2_5

Conduite DN 1600 en CAO Déblais pour fouilles Remblai primaire Remblais secondaire Lit de pose en sable

ml m3 m3 m3 m3

Total

572600,0

Divers et imprévus (10 %)

57260,0

Total Général

629860,0

7 Ouvrages de réception N°

Désignation

Unité

PU DH

Montant DH HT

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

70 6 2 7

35 200 600 1200

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0

Quantité

Ouvrage de réception n°1 1_1 1_2 1_3 1_4 1_5

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

m3 m3 m3 m3 kg

Ouvrage de réception n°2 2_1 2_2 2_3 2_4

137

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3

E.N.S.A.H

m3 m3 m3 m3

HAFIDI Achraf

Etude de protection contre les inondations de la commune rurale de Aichoune

2_5

Acier H.A

kg

1033

14

14462,0

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

70 6 2 7 1033

35 200 600 1200 14

2450,0 1200,0 1200,0 8400,0 14462,0

Ouvrage de réception n°3 3_1 3_2 3_3 3_4 3_5

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

m3 m3 m3 m3 kg

Ouvrage de réception n°4 4_1 4_2 4_3 4_4 4_5

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

m3 m3 m3 m3 kg

Ouvrage de réception n°5 5_1 5_2 5_3 5_4 5_5

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

m3 m3 m3 m3 kg

Ouvrage de réception n°6 6_1 6_2 6_3 6_4 6_5

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

m3 m3 m3 m3 kg

Ouvrage de réception n°7 7_1 7_2 7_3 7_4 7_5

138

Déblais pour fouilles Enrochement Béton de propreté Béton dosé à 350 kg/m3 Acier H.A

E.N.S.A.H

m3 m3 m3 m3 kg

Total

193984,0

Divers et imprévus (10 %)

19398,4

Total Général

213382,4

HAFIDI Achraf