Étude de cas Ermatingen

Description de la région examinée

La commune d’Ermatingen se situe sur la rive méridionale du lac inférieure (partie occidentale du lac de Constance). Elle compte quelque 3500 habitants (état en 2020).

Réseau d’évacuation des eaux

Le tableau 1 résume les principaux paramètres du réseau d’assainissement d’Ermatingen.

Le réseau d’assainissement d’Ermatingen comprend les ouvrages spéciaux importants qui suivent :

• 4 x bassins d’eaux pluviales
• 3 x déversoirs d’orage
• 6 x stations de pompage

Conditions générales Eaux superficielles

Le lac de Constance joue un rôle important pour la vérification hydraulique du réseau d’assainissement. Un niveau du lac élevé peut influer fortement sur la situation dans les regards situés à proximité du lac et donc causer davantage de débordements ou d’inondations.

Ainsi, un danger accru règne à partir d’un niveau du lac de 396,6 m (env. 1,5 m de plus que la normale) selon les degrés de danger de MétéoSuisse.

Lors d’un événement survenant tous les 100 ans, le niveau du lac peut atteindre 397,62 m.

Définition des objectifs de protection

Canalisations : critères pour l’analyse des déficits et la vérification des mesures

Les exigences posées pour la protection contre les mises en charge, les inondations et le débit maximal admissible dans les canalisations dépendent de l’affectation de la zone. Le tableau 2 indique les fréquences admissibles à Ermatingen pour les débordements et les inondations ainsi que la fréquence maximale admissible pour le débit de dimensionnement.

À Ermatingen, aucun objet n’a été attribué à la classe 3.

Détermination des classes de biens à protéger des bassins versants

Le territoire de la commune d’Ermatingen a été réparti entre les trois classes de biens à protéger selon les critères définis. Démarche suivie :

Dans un deuxième temps, une classe de biens à protéger est attribuée à chaque regard de visite de la zone. Démarche suivie :

1^re priorité : attribution sur la base du bassin versant directement raccordé au regard. Si plusieurs bassins versants présentant des classes de biens à protéger différentes sont raccordées au même regard, c’est le bassin ayant la classe la plus élevée qui est déterminant.

2^e priorité : attribution en fonction du bassin versant dans lequel se situe le regard.

À Ermatingen, l’espace routier n’est attribué à aucune zone d’affectation ; les regards de visite qui s’y trouvent et auxquels aucun bassin versant n’est raccordé sont attribués à la classe de biens à protéger des regards voisins rangés dans la classe la plus élevée.

3^e priorité : attribution en fonction du bassin versant situé le plus près du regard considéré.

Une classe de biens à protéger a également été attribuée aux canalisations d’eaux mixtes et d’eaux pluviales. Chaque tronçon s’est vu attribuer la classe du regard en amont.

Définition des niveaux de dommage et de refoulement

Le niveau de dommage est le niveau d’eau à partir duquel des dégâts peuvent être causés à un bien-fonds. Le niveau de dommage a été fixé à 2 m en dessous du niveau du terrain. Si la génératrice supérieure de la canalisation sortante se situe moins de 2 m en dessous du niveau du terrain, elle est déterminante pour le niveau d’eau critique à utiliser lors de la vérification de la fréquence de débordement.

Données pluviométriques

Sélection de la station de mesure et données utilisées

En vue de sélectionner la station de mesure appropriée, les niveaux de retour pour les temps de retour de 2 à 50 ans à Ermatingen et dans trois stations de mesure voisines de MétéoSuisse (Güttingen, Tänikon et Schaffhouse) ont été représentés dans un diagramme. En outre, les intervalles de confiance pour Ermatingen ont été représentés. Les autres stations de mesure situées à proximité ne disposent pas de séries chronologiques assez longues ayant une résolution de 10 minutes. Le diagramme montre que les trois stations pluviométriques considérées se situent à l’intérieur de l’intervalle de confiance d’Ermatingen. Il serait par conséquent admissible d’utiliser les données pluviométriques des trois stations, mais comme la courbe de Güttingen coïncide le mieux avec celle d’Ermatingen, ce sont les données de cette station qui ont été utilisées

Définition du catalogue des événements pluvieux

Un catalogue des événements pluvieux a été établi pour l’analyse des déficits, à l’aide des données pluviométriques de la station sélectionnée, Güttingen située à environ 17 km d’Ermatingen. Il est fondé sur les données pluviométriques mises à disposition sur le site de MétéoSuisse. Dans la rubrique Hyétogrammes, les 20 événements pluvieux les plus intensifs (tops 20) pour chaque durée d’accumulation des précipitations peuvent être téléchargés librement.

Les événements les plus intensifs de 10, 20 et 60 minutes survenus entre 1981 et 2020 ont été utilisés pour la simulation hydrodynamique des fortes précipitations à l’aide du catalogue des événements pluvieux. Les durées d’accumulation des précipitations plus longues n’ont pas été prises en compte en raison du temps d’écoulement déterminant, qui est inférieur à 60 minutes. Les événements pluvieux ont ensuite été classés dans l’ordre chronologique et les données redondantes ont été éliminées (par ex. si un événement pluvieux est compté dans les tops 20 de plusieurs durées d’accumulation). Le catalogue ainsi compilé contient finalement les 30 événements pluvieux les plus forts.

Le tableau 3 montre un extrait des événements pluvieux utilisés, avec leur temps de retour et la durée d’accumulation déterminante.

Validation du modèle du réseau d’assainissement

Le modèle du réseau d’assainissement a été validé avec les paramètres de déversement, mesurés et calculés, et la mesure des eaux entrant à la STEP. Il n’existe pas de mesures des débits dans le réseau.

Vérification hydraulique, étape 1 : analyse des déficits

Simulation hydrodynamique de fortes précipitations pour l’état actuel au moyen du catalogue des événements pluvieux

Les cotes critiques pour le débordement et l’inondation (= cote du couvercle) sont déterminées pour chaque regard de visite des installations d’évacuation primaires, à l’aide des informations figurant dans le cadastre des conduites. Ensuite, une simulation hydrodynamique à long terme est effectuée pour calculer la fréquence d’occurrence des débordements (niveau d’eau supérieur au niveau de dommage) et des inondations (niveau d’eau supérieur à la cote du terrain).

Démarche suivie :

1. Calcul des niveaux d’eau (H_max) et des débits dans les canalisations (Q_max) pour chaque regard du système, pour tous les événements pluvieux du catalogue.
2. Comparaison des résultats de 1) avec les cotes critiques. Il est ainsi possible de déterminer le nombre d’événements de débordement et d’inondation pour chaque regard.
3. Calcul des temps de retour pour les débordements à l’aide de la durée de la série pluviométrique (39 ans en l’occurrence) et du nombre d’événements, avec :

z = intervalle de temps [a] / nombre d’événements de mise en charge ou d’inondation [#]

Vérification du cas de surcharge

Le cas de surcharge pour une pluie-type ayant un temps de retour d’environ 20 ans fournit de premiers indices sur les endroits potentiellement problématiques, où des eaux usées pourraient sortir des canalisations. Ces emplacements sont intégrés dans l’analyse des wet-spots. La pluie-type a également été définie sur la base des données pluviométriques de la station de mesure de Güttingen.

Exemple 1 : Heimgartenstrasse

Lors d’une pluie-type ayant un temps de retour de 20 ans, des débordements de produisent à tous les regards de la Heimgartenstrasse. Ces regards sont par conséquent identifiés comme wet-spots potentiels et seront analysés dans le cadre de l’examen sommaire du ruissellement.

Vérification hydraulique, étape 2 : vérification des objectifs de protection

Vérification des objectifs de protection

Les objectifs de protection sont vérifiés en comparant les fréquences d’occurrence z calculées par la simulation avec le catalogue des événements pluvieux de l’état actuel avec celles qui sont admissibles pour la classe de biens à protéger concernée (voir tableau 2). Les vérifications suivantes sont faites pour chaque regard :

• Dépassement de la fréquence d’occurrence admissible pour les débordements : oui / non
• Inondation : oui (=> wet-spot) / non

La vérification a montré que la fréquence d’occurrence admissible pour les débordements est dépassée pour plusieurs regards, signifiant que l’objectif de protection n’est pas respecté à ces endroits. Tous les tronçons de canalisation où cet objectif n’est pas respecté sont analysés plus en détail. Des profils en long sont utilisés pour apprécier s’il y a un besoin d’action et s’il faut planifier des mesures appropriées. Le non-respect de l’objectif de protection n’entraîne pas impérativement des mesures. Il peut s’agir d’une surcharge locale n’aboutissant pas à des refoulements vers des biens-fonds. Dans ce cas, il n’y a pas de besoin d’action. Un exemple de planification de mesures est présenté plus bas aux étapes 5 et 6.

Vérification hydraulique, étape 3 : définition des wet-spots

Définition des wet-spots

Sont désignés comme wet-spots les regards où une inondation s’est produite lors d’une surcharge ou qui ont été attribués à la classe de biens à protéger 2 sur la base de la simulation avec le catalogue des événements pluvieux. Ces points font l’objet d’une analyse sommaire dans le cadre de l’évaluation du ruissellement.

Vérification hydraulique, étape 4 : analyse sommaire du ruissellement

Analyse sommaire du ruissellement

L’analyse sommaire du ruissellement est divisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, toutes les informations existantes sont rassemblées afin d’identifier d’éventuels autres wet-spots. Une fois ces wet-spots repérés – auxquels s’ajoutent ceux qui ont été identifiés par les calculs hydrauliques pour le cas de surcharge – il faut en contrôler la plausibilité.

a) Analyse de la documentation et identification des wet-spots

Les données et les informations existantes sont compilées dans le cadre de l’analyse de la documentation. Les plus importantes concernent les points problématiques connus sur le réseau d’assainissement et les utilisations sensibles de certaines zones de la commune.

À Ermatingen, les problèmes suivants avaient déjà été observés fréquemment :

1. Refoulement à partir de canalisations d’eaux pluviales
2. Ruissellement au-dessus de la ligne ferroviaire. Il n’est toutefois pas dû uniquement au refoulement dans la canalisation, mais également à l’eau qui s’écoule de la pente située au-dessus des voies.

En outre, il y a plusieurs passages sous voie à proximité de la gare. La Riedstrasse notamment passe sous la voie ferrée à l’entrée de la localité.

Par ailleurs, la carte de l’aléa ruissellement (OFEV) a permis d’identifier d’autres zones d’Ermatingen potentiellement menacées par le ruissellement. Il s’agit principalement de la zone entre la voie ferrée et la route principale ainsi que du périmètre autour de la gare. Les données indiquent que la hauteur d’écoulement peut y atteindre 25 cm ou davantage.

Ces emplacements sont également considérés comme des wet-spots potentiels et seront soumis à un contrôle de vraisemblance dans la prochaine étape.

b) Contrôle de vraisemblance des wet-spots

Les wet-spots identifiés aux étapes 1 et 2 ainsi que dans le cadre de l’analyse de la documentation sur le ruissellement font l’objet d’un contrôle de vraisemblance, ce qui permet de déterminer si des mesures sont nécessaires ou non.

Exemple 1 : Heimgartenstrasse Comme le montre le profil transversal de la canalisation d’eaux pluviales ci-dessous, des débordements se produisent à la hauteur de deux regards de la Heimgartenstrasse.

Exemple 2 : Fidlerstrasse/Riedstrasse

Le périmètre Fidlerstrasse/Riedstrasse à l’entrée de la localité d’Ermatingen a été examiné lors d’une inspection sur le terrain. Et comme le laissaient déjà présager l’expérience et l’analyse de la documentation, il y a un besoin d’action dans cette zone. Une planification de mesures est prévue pour l’ensemble de ce secteur.

La figure 8 montre la zone concernée.

Vérification hydraulique, étapes 5 et 6 : conception des mesures et définition des priorités, en tenant compte des conditions générales

Conception des mesures et définition des priorités

Des mesures sont élaborées pour remédier aux problèmes identifiés à l’étape 4. La démarche suivie est illustrée à l’aide de deux exemples.

Exemple 2 : Fidlerstrasse/Riedstrasse

Les mesures ci-dessous sont proposées pour le secteur Fidlerstrasse/Riedstrasse :

D’autres mesures possibles sont :

• mesures de protection sur les bâtiments concernés
• mesures relevant de l’aménagement du territoire

Exemple 3 : Riedstrasse

La canalisation entre les regards 119064 et 121822 est surchargée. En outre, la fréquence des débordements et des inondations se produisant à la hauteur de plusieurs regards est supérieure à ce qui est admissible (voir tableau 5).

Les mesures suivantes sont proposées pour remédier au problème de surcharge des canalisations à la Riedstrasse :

Vérification hydraulique, étape 7 : dimensionnement des mesures

Les mesures proposées aux étapes 5 et 6 sont dimensionnées à l’étape suivante.

Example 3 : Riedstrasse

Des mesures possibles pour le secteur de la Riedstrasse ont été conçues aux étapes 5 et 6. Maintenant, il s’agit de les dimensionner. Selon les calculs, le débit de dimensionnement pour les canalisations de la Riedstrasse correspond à celui d’un événement ayant un temps de retour de 10 ans (classe de biens à protéger 2a). À titre d’exemples, le tableau 8 indique les débits pendant les événements pluvieux figurant dans le catalogue utilisé pour la canalisation sortante du regard 119064. C’est l’événement pluvieux du 27.9.2013, dont le temps de retour est estimé à 10 ans, qui a été utilisé pour définir le débit de dimensionnement de cette canalisation. Pour les autres regards, ces débits ont été repris des résultats de la simulation hydrodynamique réalisée avec le catalogue des événements pluvieux.

Le tableau 8 indique les débits de dimensionnement pour toutes les canalisations concernées de la Riedstrasse, calculés à l’aide de la simulation de fortes précipitations avec le catalogue des événements pluvieux. Il est évident que les diamètres actuels sont insuffisants pour assurer le niveau de sécurité visé. Le nouveau diamètre requis pour chaque tronçon a été calculé en partant du débit normal, dérivé des caractéristiques (pente, rugosité), et du débit de dimensionnement.