Inondation en ville

Problématique scientifique

Lors des inondations en milieu urbanisé, l’écoulement se concentre généralement dans les rues mais les échanges latéraux avec les zones de bâti et les échanges verticaux avec le réseau d’eau pluviale/usée peuvent modifier les écoulements localement. Pour combler le déficit de compréhension de ces processus d’échange et évaluer leur influence sur l’estimation de du risque d’inondation dans les rues et les zones bâties, des expériences sont conduites sur une maquette représentant un quartier urbain.

Questions scientifiques

• Quelle est l’influence de la porosité dans le bâti (surface des ouverture / surface totale des murs) sur les hauteurs et vitesses dans les rues en régime permanent ?
• Quelle est l’influence, pour une valeur de porosité donnée, de la distribution spatiale de cette porosité sur les chemins de l’eau, et in fine, sur les hauteurs et vitesses dans les rues en régime permanent ?
• Quelle est l’influence de l’occupation au sol d’une zone de bâti sur les hauteurs et vitesses dans les rues et dans la zone de bâti en régime transitoire ?
• Quelle est l’influence des flux verticaux entre rues et réseau d’assainissement type unitaire sur les hauteurs et vitesses dans les rues en régime permanent: (1) lorsque le réseau déborde dans les rues; (2) lorsque le réseau draine une partie des écoulements dans les rues.

Méthodologie

Les processus physiques associés aux inondations en ville sont étudiés sur la maquette urbaine « Muri » qui a été construite dans le laboratoire d’hydraulique et d’hydro-morphologie d’Irstea Lyon-Villeurbanne au printemps 2017. Cette maquette comporte une plateforme de 3.8 m sur 5.4 m inclinable selon deux axes, avec 6 rues se croisant, et un réseau de conduites en relation avec les rues par des tuyaux de jonction. Les extrémités des rues sont connectées à 12 cuves, dont 3 cuves d’alimentation amont, 3 cuves ‘de sortie’ à l’aval de la maquette, et 6 cuves mixtes pouvant fonctionner en alimentation ou en sortie.

Maquette MURI: vue de dessus; vue des 3 cuves d’alimentation amont;  vues rasante et de dessus du croisement de deux écoulements incidents de même débit Q= 4.5 L/s (expériences de Cécile Lalanne, 2017)

Thèses, post-doctorats, et masters

• Thèse de Miguel Meija (novembre 2018 – mai 2022). Influence des échanges rue / bâti dans les processus d’inondation en ville. Encadrement: S. Proust (co-directeur), A. Paquier, et E. Mignot (co-directeur), INSA.
• Thèse de Tariq Chibane  (octobre 2015 – octobre 2019). Modélisation hydrodynamique des écoulements lors d’inondations urbaines : Interaction entre le ruissellement et le réseau d’assainissement. Co-directeurs: S. Benmamar (ENPA, Alger); A. Paquier.
• Master (2018) de Miguel Meija. ‘Experimental flow studies in a city neighbourhood’.
• Master (2017) de Cécile Lalanne. ‘ Étude expérimentale d’écoulements dans un quartier de ville’

Projets de recherche

• Projet ANR DEUFI -Detailing Urban Flood Impact- (2019-2023)
• Projet PHC Tassili (2016-2019) “Diagnostics d’aléa inondation par ruissellement adaptés au contexte algérien, au service d’une stratégie de prévention”

Partenaires

• ANR DEUFI: RiverLy; G-Eau; LMFA; Icube; Artelia; Cerema; GRED; Univ. Liège (Belgique); KICT (Corée).
• PhD Miguel Mejia-Morales: RiverLy; LMFA.
• PhD Tariq Chibane: RiverLy; ENPA (Algérie).

Exemple de résultats expérimentaux

Influence des échanges rue/bâti dans les processus d’inondation en ville  (thèse de Miguel Mejia)

En haut à gauche: bloc de bâti avec 12 ouvertures. En bas: vitesses en surface calculées à l’aide de Fudaa-LSPIV (Large Scale Partical Image Velocimetry) pour un bloc avec 12 ouvertures et 4 ouvertures. L’écoulement a été ensemencé avec de la sciure de bois (déposée en surface).

Exemple de simulation numérique

Simulation des vitesses moyennées sur la hauteur d’eau à l’aide du code 2D Rubar 20 (développé à INRAE).

Publications

1. Mejía-Morales, M. A., Mignot, E., Paquier, A., & Proust, S. (2023). Laboratory investigation into the effect of the storage capacity of a city block on unsteady urban flood flows. Water Resources Research, 59, e2022WR032984. https://doi.org/10.1029/2022WR032984
2. DEWALS, B.,  KITSIKOUDIS, V., MEJIA-MORALES, M.A., ARCHAMBEAU, P., MIGNOT, E., PROUST, S.,  ERPICUM, S., PIROTTON, M., and PAQUIER, A. (2023). Can the 2D shallow water equations model flow intrusion into buildings during urban floods? Journal of Hydrology: 129231. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129231
3. M.A. Mejia Morales. (2022).  Influence of the flow exchanges between streets and a city block during urban floods: Laboratory experiments under steady and unsteady flow conditions. Fluid mechanics [physics.class-ph]. Université de Lyon – INSA Lyon. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03806407⟩
4. MEJIA-MORALES, M.A., MIGNOT, E., PAQUIER, A., SIGAUD, D., PROUST, S. – 2021. Impact of the porosity of an urban block on the flood risk assessment: a laboratory experiment. Journal of Hydrology. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126715
5. CHIBANE, T.,  PAQUIER, A., BENMAMAR, S.  – 2021. Experimental study of the flow patterns in a street during drainage or overflow to or from drains.  Urban Water Journal. DOI: 10.1080/1573062X.2021.1913612
6. Mejia-Morales, M. A., Proust, S., Mignot, E., Paquier, A. (2020). Experimental and Numerical Modelling of the Influence of Street-Block Flow Exchanges During Urban Floods, in: Advances Hydroinformatics. Springer Singapore, 495–505. https://doi.org/10.1007/978-981-15-5436-0_39
7. Paquier, A., Bazin, P.H., El kadi Abderrezzak, K. (2019) Sensitivity of 2-D hydrodynamic modelling of urban floods to the forcing inputs: Lessons from two field cases. Urban Water Journal. DOI:10.1080/1573062X.2019.1669200
8. Mejia Morales, M. A., S. Proust, E. Mignot and A. Paquier (2019). Influence of the urban block structure on the flow pattern along a flooded street. E-proceedings of the 38th IAHR World Congress. September 1-6, 2019, Panama City, Panama.  doi:10.3850/38WC092019-1487
9. Mejia Morales, M.A. (2018). Experimental flow studies in a city neighborhood. Master 2, Ense3, Grenoble INP. 53 p.
10. Bazin, P.H., Mignot, E., Paquier, A. (2017) Computing flooding of crossroads with obstacles using a 2D numerical model, Journal of Hydraulic Research, 55(1): 72-84, DOI: 10.1080/00221686.2016.1217947
11. Paquier, A.,  Mignot, E. & Bazin, P.H. (2015). From hydraulic modelling to urban flood risk. Procedia Engineering,  115: 37-44
12. Bazin, P.H. , Nakagawa, H. , Kawaike, K. , Paquier, A. , Mignot, E. (2014).  Modeling Flow Exchanges between a Street and an Underground Drainage Pipe during Urban Floods. Journal of Hydraulic Engineering . 140, 10 p.