Étude de cas Viererfeld / Mittelfeld en ville de Berne
Objectif de l’étude de cas
Cette étude de cas doit montrer une approche simplifiée pour tenir compte du ruissellement dans une zone de développement et pour déterminer des mesures à traiter plus en détail. La vérification hydraulique n’est pas incluse.
Pour analyser le ruissellement et déterminer les niveaux d’eau aux points les plus bas du terrain dans le futur quartier urbain de Viererfeld / Mittelfeld, l’approche de la considération statique des volumes (voir documentation d’accompagnement, chapitre 6.3 « Sélection de la méthode ») a été préférée à la simulation 2D détaillée.
Description de la région examinée
La Ville de Berne entend réaliser un quartier d’habitation attrayant en construction dense sur les sites Viererfeld et Mittelfeld, sur la base d’un concours d’urbanisme. Ce nouveau quartier urbain se situe au nord de la gare centrale, il jouxte la forêt de Bremgarten et se trouve non loin de l’Aar. Vu les grandes différences d’altitude, un refoulement de l’Aar vers la canalisation est exclu. Urbain, durable, accessible, vert et novateur, ce quartier doit comprendre 1140 logements, avec un parc et des jardins familiaux dans le voisinage immédiat.
Évacuation des eaux
Il est prévu de drainer le Viererfeld en système séparatif et le Mittelfeld en système unitaire. Les eaux pluviales du Viererfeld doivent être déversées directement dans l’Aar, par une canalisation existante dans la pente surplombant la rivière. Les eaux usées et les eaux mixtes seront raccordées à la canalisation d’eaux mixtes existante. Pour le traitement ultérieur, la canalisation a été considérée comme une dépression, mais aucune modélisation de la canalisation n’a été faite en relation avec le ruissellement.
Les surfaces publiques et privées (cluster) sont visibles sur la carte de la figure 2. Des coefficients d’écoulement de pointe ont été définis pour les eaux pluviales des clusters privés afin de limiter le déversement dans la canalisation d’eaux pluviales. L’écoulement par cluster est limite à 25 % de l’écoulement de pointe des toitures, auquel s’ajoute 80 % de l’écoulement de pointe des aires de circulation privées.
Analyse de la documentation
Les surfaces du projet sont actuellement exploitées à des fins agricoles. Pour l’analyse de la documentation, les informations sur le ruissellement à l’état actuel sont importantes ainsi que l’emplacement et les affectations des futurs bâtiments.
Ruissellement
La carte de l’aléa ruissellement de l’OFEV permet de repérer les zones potentiellement menacées par le ruissellement. Elle indique le risque calculé, sur la base des niveaux d’eau, pour un événement pluvieux survenant tous les 100 à 300 ans. La carte est indicative, car les structures pertinentes pour le ruissellement n’ont pas toutes été prises en compte dans les calculs.
La figure 3 montre un extrait de la carte de l’aléa ruissellement pour le quartier Viererfeld / Mittelfeld. Les pentes y sont également représentées.
La carte montre clairement que le Viererfeld est exposé au ruissellement, en dépit de la topographie relativement plate (pente d’env. 4 %) et de l’actuelle exploitation agricole. On voit également que de l’eau provient de la forêt voisine. La carte des dangers indique deux sens d’écoulement pour le Viererfeld.
À l’état actuel, le Mittelfeld n’est pas menacé par le ruissellement.
Affectations prévues
Pour les clusters privés, une affectation au logement est prévue, avec des jardins dans les cours intérieures. Une installation scolaire avec place de sport est prévue dans le nord du Viererfeld. L’espace public est constitué de voies de communication et de ruelles de quartier ainsi que de places publiques, de parcs et de jardins. Le plan directeur défini non seulement l’affectation des surfaces, mais également celle des bâtiments. À proximité de l’école, ce sont surtout des immeubles d’habitation qui seront construits, en partie avec des rez-de-chaussée animés (par ex. ateliers habitables). Les affectations des surfaces et des bâtiments sont représentées dans la figure 4. Des parkings souterrains sont prévus sous les bâtiments donnant sur les routes extérieures. L’accès se fait de l’extérieur.
Objectifs de protection
Critères pour le ruissellement et les inondations induites par la canalisation
Les exigences en matière de protection contre le ruissellement et les inondations induites par la canalisation peuvent varier selon l’affectation des surfaces et les bâtiments/objets. Les classes de biens à protéger pour le Viererfeld et le Mittelfeld sont résumées dans le tableau 1.
| Classe de biens à protéger | Dégâts potentiels | Fréquence (1 fois en z ans) | |||
| Faible Intensité | Moyenne Intensité | Forte Intensité | |||
| Classe 1 | Surfaces libres, voies de communication | Faible | admissible | > 30 | > 100 |
| Classe 2a | Zones d’habitation, petit artisanat des centres-villes, zones industrielles et artisanales | Élevée | > 100 | > 300 | inacceptable |
| Classe 3 | Objets sensibles / infrastructures critiques / utilisations sensibles | Très élevé | Définir au cas par cas | ||
Définition des objectifs de protection
Les objectifs de protection ont été définis sur la base des affectations des surfaces et des bâtiments, et des classes de biens à protéger. Démarche suivie :
Le résultat de la définition des objectifs de protection pour chaque intensité d’événement est visible dans la figure 6. Aucun objectif de protection n’a été défini pour les aires de circulation afin qu’elles puissent être mises à disposition pour la dérivation et le stockage provisoire d’eaux de ruissellement.
Ruissellement provenant de petits bassins versants
La méthode de l’estimation du ruissellement provenant de petits bassins versants a été utilisée pour évaluer le risque potentiel lié au ruissellement. Le modèle de bilan hydrique permet d’estimer les flux potentiels s’écoulant des petits bassins versants naturels voisins vers le territoire urbanisé et de déterminer les volumes et les niveaux d’eau attendus, en relation avec la capacité des canalisations, les mesures de rétention et les caractéristiques du sol dans la zone urbanisée.
La figure 7 montre les bassins versants partiels (TEZG) définis pour le Viererfeld et le Mittelfeld ; ils ont été déterminés à l’aide du modèle numérique de terrain, puis vérifiés sur le terrain. Les TEZG 1 à 6 comprennent les surfaces naturelles boisées. Les zones A, B et C correspondent au périmètre constructible des Viererfeld et Mittelfeld, y compris les parcs et les jardins familiaux prévus.
Seuls les TEZG 3 et 5 sont considérés comme pertinents pour le ruissellement dans les zones A et B (Viererfeld). Les TEZG 1, 2, 4 et 6 ne sont en revanche pas pertinents pour le nouveau quartier, vu que les eaux s’écoulent dans d’autres directions. La zone C (Mittelfeld) se trouve sur un monticule et il ne faut par conséquent pas craindre d’écoulement provenant des TEZG naturels dans le voisinage.
Les calculs s’appuient sur les paramètres définis dans le Tableau 2.
| Paramètre | Bassins versants partiels | ||||
| 3 | 5 | A | B | C | |
| Surface [m2] | 24’107 | 29’093 | 99’649 | 95’856 | 36’249 |
| Pente [-] | 0.041 | 0.042 | 0.040 | 0.040 | 0.040 |
| Largeur du ruissellement [m] | 30 | 25 | – | – | – |
| Coefficient d’infiltration [m3/(s*m2)] | 1.00 * 10-6 | 1.00 * 10-6 | 3.74 * 10-8 | 4.17 * 10-8 | 2.31 * 10-8 |
| Perméabilité aux précipitations (forêt) [-] | 0.79 | 0.79 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| Interception [%] | 28 | 28 | 0 | 0 | 0 |
| Part boisée [-] | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| Rétention (cluster privé) [m3] | – | – | 932 | 563 | 357 |
| Capacité du réseau d’assainissement [m3/s] * | – | – | 1.00 | 0.29 | 0.51 |
| * La capacité a été définie à zéro pour le scénario le plus pessimiste | |||||
Données pluviométriques et scénarios
Comme pour d’autres dangers naturels, l’analyse a porté sur les événements pluvieux ayant un temps de retour de 30, 100 et 300 ans. La statistique des valeurs extrêmes de la station Zollikofen de MétéoSuisse a été utilisée pour ce faire. L’examen a porté sur les pluies brèves (10 min) et les pluies de longue durée (24 h). Pour gérer les fortes pluies dans le nouveau quartier, différentes combinaisons de mesures ont été conçues, telles que le stockage en surface et sous terre, sur les espaces verts et les places urbaines, sur la base des bilans de volumes d’eau et en partant de l’exigence d’un ruissellement d’ensemble de 0 m3/a.
| Fréquence | Durée d’accumulation des précipita-tions | Intensité |
| Années | [l/(s*ha)] | |
| z30 | 10 min | 300 |
| 60 min | 95 | |
| 24 h | 10 | |
| z100 | 10 min | 383 |
| 60 min | 120 | |
| 24 h | 12 | |
| z300 | 10 min | 500 |
| 60 min | 148 | |
| 24 h | 15 |
Par ailleurs, les scénarios suivants ont été étudiés :
Scénario 1 : pour aucun des événements pluvieux considérés, l’eau ne doit s’écouler en surface et quitter les zones A et B (ruissellement égal à zéro).
Scénario 2 : La quantité d’eau s’écoulant en surface aux points les plus bas des zones A et B et les quittant lors des événements pluvieux considérés ne doit pas dépasser la quantité qui provient des bassins versants naturels 3 et 5 (débit entrant = débit sortant).
Résultats
Les résultats des calculs partant de l’approche pour les petits bassins versants (voir section 6.2.2 de la directive) sont représentés dans la figure 8. En sont dérivés les apports des bassins versants naturels, le ruissellement issus des futures zones construites (valeur cible = zéro) ainsi que les volumes d’eau produits dans les futures zones urbanisées et les hauteurs d’eau moyennes.
Le volume d’eau pour chaque zone a été déterminé sous forme de bilan des sources (apports, précipitations), des réservoirs (installations de rétention des clusters privés) et des dépressions (évacuation par la canalisation). Le niveau d’eau moyen se rapporte aux aires de circulation libres et aux surfaces vertes au sein des zones construites. Les surfaces des bâtiments ont été soustraites. En outre, la pente a été négligée.
Conception des mesures
Des mesures ont été définies pour la zone de projet sur la base des bilans obtenus pour les niveaux et les volumes d’eau. Il s’agira de les concrétiser dans le cadre de la planification et, au besoin, de procéder à une analyse détaillée.
Elles ont été conçues en fonction d’un événement pluvieux centennal d’une durée de 60 min et de l’hypothèse qu’aucun flux d’eau ne doit quitter le quartier en surface lors d’un tel événement. Elles reposent, d’une part, sur les faibles niveaux d’eau calculés (< 10 cm) et, d’autre part, sur la définition des objectifs de protection selon lesquels un niveau d’eau de 50 cm est admissible pour un événement centennal.
Par ailleurs, les principes suivants ont été appliqués afin d’harmoniser les mesures et de forcer une planification intégrée :
- Un réservoir plein déborde en cascade et l’eau se déverse dans un autre. La conception des mesures en série assure un ralentissement supplémentaire du ruissellement.
- L’objectif est de réaliser une dérivation ouverte en surface d’un réservoir vers l’autre et un stockage en surface. Il est ainsi possible de réduire les installations souterraines et les déficits de dimensionnement.
- En cas de fortes pluies, une partie des eaux pluviales tombant dans le parc et le bassin versant partiel A est évacuée par la canalisation, ce qui permet d’utiliser les capacités résiduelles du réseau d’assainissement. La totalité de l’eau tombant dans le parc du bassin versant partiel B doit être retenue. La capacité de la canalisation d’eaux pluviales étant plus faible dans cette zone, des mesures de rétention en surface dans le quartier sont nécessaires pour un événement pluvieux z100.
- Dans les zones urbanisées, l’eau de surface est acheminée vers des espaces de rétention centralisés. Pour ce faire, les surfaces pressenties dans le plan directeur ainsi que les places publiques sont prises en compte.
Prochaines étapes
Au fil de la planification, il s’agira d’examiner comment les eaux pluviales des espaces publics peuvent être gérées en surface.
La conception et l’aménagement concrets des différentes mesures devront être détaillés au fur et à mesure que la planification avancera. Les installations de stockage et de rétention doivent être dimensionnées selon le module A de la directive du VSA [VSA (2019)]. L’élément déterminant est l’événement pluvieux ayant un temps de retour donné (par ex. 10 ans) et qui produit le plus grand volume d’eau devant être stocké ou retenu.
Dans la planification ultérieure, il convient en outre d’analyser plus en détail la synchronisation du remplissage et de la vidange des différents éléments du système afin d’assurer son bon fonctionnement.
Une modélisation couplée (canalisation + ruissellement 2D + mesures décentralisées telles que les installations de rétention/stockage) peut indiquer la fonction et l’efficacité d’une mesure. Pour ce faire, il faut toutefois connaître exactement les hauteurs du terrain prévues (hauteurs de projet). Les données pluviométriques devant être utilisées pour cette analyse détaillée sont décrites dans la section 3.6 de la directive.