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MINISTERE DES INFRASTRUCTURES
-------------------------
ECOLE NATIONALE DES TRAVAUX
PUBLICS (ENTP)
-------------------------
ANNEE ACADEMIQUE : 2017-2018
-------------------------
N° d’Ordre……………….
BURKINA FASO
Unité-Progrès-justice
-------------------------
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN MASTER
THEME :
ANALYSE DU FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE DE DEUX
OUVRAGES COURAMMENT SUBMERGES, SUR LES TRONÇONS DE
LA ROUTE NATIONALE N°14, NOUNA-DJIBASSO-FRONTIERE DU
MALI ET PROPOSITION DE SOLUTIONS TECHNIQUES AUX PK
109+127 ET 117+514
Soutenu publiquement par KAGUEMBEGA Emmanuel R, le 28 Juin 2018
Pour l’obtention du diplôme
D’INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE CIVIL
Directeur de Mémoire
BINGUIMATCHI Donatien Benoit,
Ingénieur du Génie Rural
COMPOSITION DU JURY
Président
Dr OUOBA Samuel, enseignant à UO-1-JKZ
Membres
BINGUIMATCHI Donatien Benoit, Ingénieur du Génie Rural
KOTE Hamadou, Ingénieur en Génie Civil
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DEDICACES
Je dédie ce modeste travail à :
− La mémoire de ma mère
− Mon père M. KAGUEMBEGA Sibila Paul
− Mon épouse et nos deux enfants
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ii
REMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, je voudrais exprimer ma profonde gratitude à M. Daouda
YAMEOGO, Ingénieur en génie civil, pour m’avoir permis d’obtenir les données du
projet, sans lesquelles ce travail n’aurait pas été possible ;
Mes profonds remerciements vont particulièrement à l’endroit de mon Directeur de
Mémoire, M. Donatien Benoit BINGUIMATCHI, qui malgré son agenda très chargé a
accepté de m’encadrer durant cette période de sage ;
Je tiens à remercier le Directeur Général de l’ENTP, pour son accompagnement durant
notre séjour à l’école ;
Je voudrais remercier également mes collègues de la Direction Régionale des
Infrastructures de la Boucle du Mouhoun, pour leurs renseignements précieux, lors de
notre visite de terrain ;
Mes vifs remerciements s’adressent aussi, au Directeur de la Formation Initiale, au
corps professoral et administratif de l’ENTP, pour la qualité de leur encadrement ;
Mes remerciements vont enfin à toute personne, qui de près ou de loin, a contribué à
la réalisation de ce mémoire de fin d’études.
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iii
SIGLES ET ABREVIATIONS
BCEOM : Bureau Central d’Etudes pour les Equipements d’Outre-Mer
CIEH : Comité Interafricain d’Etudes Hydrauliques
DEM : Digital Elevation Model
GTAR : Guide Technique d’Assainissement Routier
Ham : Hauteur d’eau en amont de l’ouvrage
IGB : Institut Géographique du Burkina
MCA : Millennium Challenge Account
MNT : Modèle Numérique de Terrain
NASA : National Aeronautics and Space Administration
NGA : National Geospatial-Intelligence Agency
OH128 : Ouvrage Hydraulique numéro 128
OH156 : Ouvrage Hydraulique numéro 156
ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer
PK : Point Kilométrique
RN14 : Route Nationale numéro 14
SIG : Système d’Information Géographique
SRTM : Shuttle Radar Topography Mission
UTM : Universal Transversal Mercator
WGS 1984 : Wold Geodetic System 1984
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iv
NOMENCLATURE
Notation Significations Unités
𝑃̅𝑎𝑛 Pluie annuelle moyenne 𝑚𝑚
ℎ 𝑐 Hauteur critique d’eau à l’extérieur de l’ouvrage 𝑚
ℎ 𝑛 Hauteur normale d’eau à l’extérieur de l’ouvrage 𝑚
𝐶 𝑇 Coefficient permettant le passage du débit décennal au
débit de projet de période de retour T
𝐷 𝑑 Densité de drainage 𝑘𝑚/𝑘𝑚2
𝐻 𝑎𝑚 Hauteur d’eau amont 𝑚
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 Indice de compacité
𝐾𝑒 Coefficient d’entonnement, fonction du type de l’entrée
𝐾𝑟10
Coefficient de ruissellement de la crue décennale pour les
méthodes ORSTOM et CIEH
𝑃10 Hauteur de la pluie journalière décennale 𝑚𝑚
𝑃 𝑚10 Pluie journalière moyenne décennale 𝑚𝑚
𝑄10 Débit décennal pour les méthodes ORSTOM et CIEH 𝑚3
/𝑠
𝑄 𝑇 Débit de projet de période de retour T 𝑚3
/𝑠
𝑅ℎ Rayon hydraulique 𝑚
𝑇𝑏10 Temps de base de l’hydrogramme décennal 𝑠
𝑦𝑐 Hauteur critique d’eau à l’intérieur de l’ouvrage 𝑚
𝑦𝑒 Hauteur d’eau à l’entrée de l’ouvrage 𝑚
𝑦𝑛 Hauteur normale d’eau à l’intérieur de l’ouvrage 𝑚
𝛼10 Coefficient de pointe de la crue décennale
𝐴
Coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale ;
Superficie du bassin versant pour la méthode rationnelle ;
Superficie du bassin versant pour la méthode de Caquot ;
𝑘𝑚2
ℎ𝑎
𝐶
Coefficient de ruissellement de la méthode rationnelle ;
Coefficient de ruissellement de la méthode de Caquot ;
𝐼
Intensité de l’averse pour la méthode rationnelle ;
Pente hydraulique de l’ouvrage ;
𝑚𝑚/ℎ
𝑚/𝑚
𝐼𝑔 Indice global de pente 𝑚/𝑘𝑚
𝐽 Pente moyenne du bassin pour la formule de Caquot 𝑚/𝑚
𝐾
Coefficient de rugosité des ouvrages d’assainissement ;
Coefficient dépendant de la fréquence de la crue étudiée
dans la méthode de Caquot ;
𝐿 Longueur du rectangle équivalent 𝑘𝑚
𝑃 Périmètre mouillé 𝑚
𝑄
Débit de la méthode rationnelle ;
Débit de la méthode de Caquot ;
𝑚3
/𝑠
𝑙/𝑠
𝑆
Superficie du bassin versant pour les méthodes ORSTOM
et CIEH ;
Section mouillée de l’ouvrage ;
𝑘𝑚2
𝑚2
𝑉 Vitesse d’écoulement de l’eau dans l’ouvrage 𝑚/𝑠
𝑔 Accélération de la pesanteur 𝑚/𝑠2
𝑙 Largeur au miroir 𝑚
𝑚 Coefficient prenant en compte l’écoulement retardé
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v
AVANT-PROPOS
L’Ecole Nationale des Travaux Publics (ENTP) est un établissement public
relevant du Ministère des Infrastructures. Elle a pour mission le renforcement
des capacités professionnelles des acteurs publics et privés du secteur des
infrastructures, des transports, de l’urbanisme et de l’habitat.
Située à Gounghin, secteur 09, Avenue Kadiogo, Porte 1460, l’école a été
créée en 1970 sous le nom de Centre de Formation et de Perfectionnement
des Travaux Publics (CFP-TP). Le 16 janvier 2008, le Centre de Formation et
de Perfectionnement des Travaux Publics est devenu un Etablissement Public
à caractère Administratif (EPA) sous le nom d’Ecole de Formation et de
Perfectionnement des Travaux Publics (EFP-TP). L’école propose dans ses
filières, une offre de formation très variée dont la formation initiale, la
formation continue et l’assistance technique.
La formation initiale se compose du Génie Civil, du Génie Mécanique, du
Transport et de l’Aménagement foncier. En 2011, l’école a ouvert un cycle de
formation des Ingénieurs dont la formation dure 30 mois. A l’issue de cette
formation un mémoire de fin d’étude doit être réalisé par l’étudiant en vue de
l’obtention du diplôme. C’est dans ce sens que ce présent projet de fin
d’études intitulé, « Analyse du fonctionnement hydraulique de deux
ouvrages couramment submergés, sur les tronçons de la route nationale
n°14, Nouna-Djibasso-Frontière du Mali et proposition de solutions
techniques, au PK 109+127 et 117+514 » nous a été proposé.
Ainsi, après avoir présenté la localisation des ouvrages hydrauliques, nous
délimiterons les bassins versants drainés par ces ouvrages. Ensuite nous estimerons
les débits de projet transitant à travers ces ouvrages. Ces débits sont alors utilisés
pour vérifier la capacité hydraulique des ouvrages, ce qui nous permettra de conclure
sur la conduite à tenir.
Juin 2018
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RESUME
Ce présent mémoire de fin d’études est relatif à l’analyse de la section hydraulique de
deux ouvrages qui sont fréquemment submergés, sur la route nationale n°14, plus
précisément sur les tronçons Nouna-Djibasso-Frontière du Mali.
Cela à consister à la délimitation des bassins versants drainés par ces ouvrages
hydrauliques, en utilisant un logiciel de SIG et des données SRTM. C’est ainsi que l’on
a trouvé les caractéristiques physiques suivantes : pour le bassin de l’ouvrage OH128,
la superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2
, le périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚, la longueur du réseau
hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚, l’indice global de pente 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚. En ce qui
concerne le bassin de l’ouvrage OH156, la superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2
, le périmètre 𝑃 =
29,870 𝑘𝑚, la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚 et l’indice global de
pente 𝐼𝑔 = 6,65 𝑚/𝑘𝑚.
Ensuite les débits engendrés par les bassins versants ont été estimés au moyen des
méthodes ORSTOM et CIEH, en utilisant des données pluviométriques fournies par la
station météorologique de Nouna. C’est alors que l’on a estimé le débit drainé par
l’ouvrage OH128 à 𝑄10 = 74,91 𝑚3
/𝑠, et celui drainé par l’ouvrage OH156 à 𝑄10 =
59,48 𝑚3
/𝑠.
Ainsi la capacité des ouvrages a pu être vérifiée à l’aide de la méthode GTAR ou la
méthode du régime à l’aval de l’ouvrage. On a donc trouvé que la hauteur d’eau amont
de l’ouvrage OH128 atteint la cote 329,91 m, contre une cote de la ligne rouge de
329,65 m. Pour le cas de l’ouvrage OH156, la hauteur d’eau amont atteint la cote
329,62 m contre une cote projet de 328,53 m.
Les sections hydrauliques sont alors jugées insuffisantes, et une proposition de
redimensionnement a été faite, conduisant à des ajouts de cellules de dalot à ces
ouvrages. Nous avons proposé l’ajout de 3 cellules de dalot de 3x2 à l’ouvrage OH128,
abaissant ainsi la hauteur d’eau amont à la cote 328,58 m, et l’ajout de 4 cellules de
2x2 à l’ouvrage OH156 dont la cote d’eau amont atteint maintenant la cote 327,80.
Mots clés : ouvrages hydrauliques, section hydraulique, bassins versants,
dimensionnement hydraulique.
Juin 2018
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vii
ABSTRACT
This final dissertation is related to the analysis of the hydraulic section of two structures
that are frequently submerged, on the national road n ° 14, more precisely on the
Nouna-Djibasso-Mali border sections.
This consists of delineating watersheds drained by these hydraulic structures, using
GIS software and SRTM data. Thus, the following physical characteristics were found:
for the basin of the structure OH128, the area S = 47.479 km2, the perimeter P = 41.39
km, the length of the hydrographic network l = 63.975 km, the overall slope index Ig =
5.52 m / km. With regard to the OH156 basin, the area S = 33.629 km2, the perimeter
P = 29.870 km, the length of the hydrographic network l = 79.753 km and the overall
index of slope Ig = 6.65 m / km.
Then watershed flow rates were estimated using the ORSTOM and CIEH methods,
using rainfall data provided by the Nouna meteorological station. It was then that the
flow rate drained by the structure OH128 was estimated at Q10 = 74.91 m3 / s, and that
drained by the structure OH156 at Q10 = 59.48 m3 / s.
Thus, the capacity of the structures could be verified using the GTAR method or the
downstream scheme method of the structure. It has therefore been found that the
upstream water level of the OH128 structure reaches a height of 329.91 m against a
red line of 329.65 m. For the case of the OH156 structure, the upstream water level
reaches 329.62 m against a project dimension of 328.53 m.
The hydraulic sections are then considered insufficient, and a resizing proposal has
been made, leading to additions of scuppers cells to these structures. We proposed
the addition of 3 3x2 scupper cells to the OH128 structure, thus lowering the upstream
water level to 328.58m, and the addition of 4 2x2 cells to the OH156 structure. The
upstream water level now reaches 327.80.
Key words: hydraulic structures, hydraulic section, watersheds, hydraulic sizing.
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LISTE DES FIGURES
Figure n°1-1 : démarche pour le dimensionnement hydraulique [7] .................................. 10
Figure n°1-2 : section courante des ruisseaux à prendre en compte ................................ 13
Figure n°2-1 : carte montrant la localisation des deux ouvrages........................................ 16
Figure n°2-2 : vue de profil de l’ouvrage OH128 ...................................................................... 17
Figure n°2-3 : vue de profil de l’ouvrage OH156 ...................................................................... 18
Figure n°2-4 : Submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1] ........................... 19
Figure n°2-5 : dégradations causées par la submersion de l’ouvrage OH128 en
Septembre 2015 [1] .......................................................................................................................... 19
Figure n°2-6 : dégradation causée par la submersion de l’ouvrage OH156 en Août 2014
[c].......................................................................................................................................................... 20
Figure n°3-1 : corrélation entre les données de la station de Nouna et celles de
Dédougou ........................................................................................................................................... 24
Figure n°3-2 : bassin versant de l’ouvrage OH128 et son réseau hydrographique........ 29
Figure n°3-3 : carte hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128.................... 31
Figure n°3-4 : Courbe hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128 ............... 32
Figure n°3-5 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128................... 33
Figure n°3-6 : Bassin versant de l’ouvrage OH156 et le réseau hydrographique........... 35
Figure n°3-7 : carte hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156................................... 37
Figure n°3-8 : courbe hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156 ............................... 38
Figure n°3-9 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156................... 39
Figure n°3-10 : carte montrant l’emplacement des deux bassins versants et la portion
de la RN14 .......................................................................................................................................... 41
Figure n°4-1 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH128 [4] .......................................... 53
Figure n°4-2 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH156 [4] .......................................... 54
Figure n°4-3 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du
OH128 .................................................................................................................................................. 55
Figure n°4-4 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du
OH156 .................................................................................................................................................. 59
Figure n°4-5 : schéma du niveau atteint par la ligne d’eau dans l’ouvrage OH128........ 70
Figure n°4-6 : schéma du niveau atteint par la ligne d’eau dans l’ouvrage OH156........ 70
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ix
LISTE DES TABLEAUX
Tableau n°1-1 : coefficient d’entonnement 𝑲𝒆 en fonction du type d’entrée de l’eau
dans l’ouvrage [7]............................................................................................................................... 9
Tableau n°1-2 : coefficient de rugosité 𝑲 des ouvrages d’assainissement [7]................ 12
Tableau n°3-1 : pluviométrie moyenne mensuelle sur 70 ans [2]........................................ 22
Tableau n°3-2 : pluie maximale journalière des stations de Dédougou et de Nouna [2]
............................................................................................................................................................... 23
Tableau n°3-3 : relation liant la pluie journalière 𝑷𝑻, l’écart type 𝝈,et la moyenne 𝑷 [5]25
Tableau n°3-4 : paramètres statistiques d’ajustement de la station de Nouna ............... 26
Tableau n°3-5 : pluie journalière de diverses périodes de retour de la station de Nouna
............................................................................................................................................................... 26
Tableau n°3-6 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin
versant de l’ouvrage OH128 .......................................................................................................... 32
Tableau n°3-7 : synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage
OH128 .................................................................................................................................................. 34
Tableau n°3-8 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin de
l’ouvrage OH156 ............................................................................................................................... 38
Tableau n°3-9 : Synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage
OH156 .................................................................................................................................................. 40
Tableau n°3-10 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓𝟏𝟎(𝟕𝟎) pour la zone sahélienne en
fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]................................ 45
Tableau n°3-11 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓𝟏𝟎(𝟏𝟎𝟎) pour la zone sahélienne en
fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]................................ 45
Tableau n°3-12 : calcul de 𝑸𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de
l’ouvrage OH128 ............................................................................................................................... 48
Tableau 3-13 : paramètres de calcul du débit décennal 𝑸𝟏𝟎 du bassin de l’ouvrage
OH156 .................................................................................................................................................. 49
Tableau n°3-14 : calcul de 𝑸𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de
l’ouvrage OH156 ............................................................................................................................... 50
Tableau n°3-15 : synthèse de calcul des coefficients majorateurs 𝑪𝑻 .............................. 51
Tableau n°4-1 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 56
Tableau n°4-2 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 56
Tableau n°4-3 : calcul de la hauteur d’eau critique 𝒚𝒄............................................................ 57
Tableau n°4-4 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 59
Tableau n°4-5 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 60
Tableau n°4-6 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄....................................................................... 61
Tableau n°4-7 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 64
Tableau n°4-8 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 64
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x
Tableau n°4-9 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄....................................................................... 65
Tableau n°4-10 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏................................................................... 67
Tableau n°4-11 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄..................................................................... 68
Tableau n°4-12 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄..................................................................... 68
Tableau n°5-1 : résultats des études hydrologique et hydraulique comparativement
aux résultats du rapport hydraulique de l’ouvrage OH128 ................................................... 72
Tableau n°5-2 : résultats des études hydrologique et hydraulique comparativement
aux résultats du rapport hydraulique de l’ouvrage OH156 ................................................... 73
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xi
TABLE DES MATIERES
DEDICACES........................................................................................................................................... i
REMERCIEMENTS...............................................................................................................................ii
SIGLES ET ABREVIATIONS..............................................................................................................iii
NOMENCLATURE ...............................................................................................................................iv
AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................v
RESUME................................................................................................................................................vi
ABSTRACT...........................................................................................................................................vii
LISTE DES FIGURES........................................................................................................................viii
LISTE DES TABLEAUX.......................................................................................................................ix
TABLE DES MATIERES .....................................................................................................................xi
INTRODUCTION GENERALE............................................................................................................ 1
CHAPITRE 1 : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE .................................................................................. 4
1. Introduction.................................................................................................................................. 4
2. Les méthodes d’estimation des débits................................................................................. 4
2.1. La méthode rationnelle ............................................................................................................ 4
2.2. La méthode de Caquot ............................................................................................................ 5
2.3. La méthode ORSTOM ou méthode de RODIER AUVRAY ............................................... 5
2.4. La méthode CIEH ..................................................................................................................... 6
2.5. Le passage de la crue décennale à la crue de projet ......................................................... 7
3. Les méthodes de dimensionnement hydraulique des ouvrages................................... 8
3.1. La méthodologie du régime à l’aval de l’ouvrage ................................................................ 9
3.2. Méthodologie de calcul des hauteurs d’eau normale et critique ..................................... 11
4. Conclusion partielle................................................................................................................. 13
CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU PROJET ROUTIER ET ETAT DES LIEUX DES
OUVRAGES ........................................................................................................................................ 14
1. Introduction................................................................................................................................ 14
2. Présentation du projet et contexte général de l’étude ................................................... 14
3. Localisation des ouvrages..................................................................................................... 15
4. Présentation des ouvrages.................................................................................................... 16
4.1. Présentation de l’ouvrage OH128........................................................................................ 16
4.2. Présentation de l’ouvrage OH156........................................................................................ 17
5. Etat des lieux des ouvrages .................................................................................................. 18
5.1. Ouvrage OH128...................................................................................................................... 18
5.2. Ouvrage OH156...................................................................................................................... 20
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6. Hypothèses possibles de la submersion des ouvrages ................................................ 20
7. Conclusion partielle................................................................................................................. 21
CHAPITRE 3 : ETUDE HYDROLOGIQUE SUR LES BASSINS VERSANTS
INTERCEPTANT LA ROUTE ........................................................................................................... 22
1. Introduction................................................................................................................................ 22
2. Collecte et analyse des données pluviométriques.......................................................... 22
2.1. Les données pluviométriques............................................................................................... 22
2.2. Etude de la distribution statistique fréquentielle de la pluie journalière ......................... 23
3. Détermination des caractéristiques physiques des bassins versants ...................... 26
3.1. Les données de base............................................................................................................. 26
3.2. Les outils utilisés..................................................................................................................... 27
3.3. La méthodologie ..................................................................................................................... 27
3.4. Résultats du traitement pour le bassin versant drainé par l’ouvrage OH128................ 28
3.5. Résultats du bassin versant interceptant la route au droit de l’ouvrage OH156........... 34
4. Etude hydrologique sur le bassin versant de l’ouvrage OH128 .................................. 42
4.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM ................................................. 42
4.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH ......................................................... 48
5. Etude hydrologique sur le bassin de l’ouvrage OH156.................................................. 49
5.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM ................................................. 49
5.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH ......................................................... 50
6. Estimation des débits de projet............................................................................................ 50
7. Conclusion partielle................................................................................................................. 51
CHAPITRE 4 : ETUDE HYDRAULIQUE A L’EXUTOIRE DES BASSINS VERSANTS.......... 52
1. Introduction................................................................................................................................ 52
2. Rappel des caractéristiques géométriques des ouvrages existants.......................... 52
3. Vérification de la capacité des ouvrages hydrauliques ................................................. 55
3.1. Vérification de la capacité de l’ouvrage OH128................................................................. 55
3.1.1. Détermination du régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage ...................................... 55
3.1.2. Calage de l’ouvrage ........................................................................................................... 57
3.2. Vérification de la capacité hydraulique de l’ouvrage OH156 ........................................... 59
3.2.1. Le régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage................................................................ 59
3.2.2. Calage de l’ouvrage ........................................................................................................... 60
4. Proposition de redimensionnement des ouvrages ......................................................... 62
4.1. Cas de l’ouvrage OH128 ....................................................................................................... 62
4.2. Cas de l’ouvrage OH156 ....................................................................................................... 66
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5. Conclusion partielle................................................................................................................. 71
CHAPITRE 5 : ANALYSE DES RESULTATS DES ETUDES HYDROLOGIQUE ET
HYDRAULIQUE ET PROPOSITION DES SOLUTIONS TECHNIQUES .................................. 72
1. Introduction................................................................................................................................ 72
2. Analyse des résultats des études hydrologique et hydraulique ................................. 72
3. Proposition de solutions techniques.................................................................................. 74
4. Conclusion partielle................................................................................................................. 75
SUGGESTIONS ET RECOMMANDATIONS................................................................................. 76
CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................. 77
BIBLIOGRAPHIE................................................................................................................................ 78
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1
INTRODUCTION GENERALE
A peine réceptionnés le 31 Mai 2014, les tronçons de la route nationale n°14,
Dédougou-Nouna-Djibasso-Frontière du Mali, connaissent une dégradation précoce.
C’est le titre de plusieurs journaux de la place, dont le journal sidwaya [c] paru le 27
Août 2014 qui y mentionne : « Route Dédougou-Nouna-Frontière du Mali : une partie
du tronçon se dégrade ». Cette dégradation se situe au PK 117+514 dans le village de
Bouakuy, où une submersion de l’ouvrage OH156 a entrainé une érosion des talus de
remblai.
Le 09 Septembre 2015, alors qu’il n’a pas plu à Djibasso, on a assisté à une venue
d’eau au PK 109+127 [1], à l’entrée de Djibasso, submergeant l’ouvrage OH128, et
entrainant une rupture du trafic routier pendant plus de 3 heures.
En effet la récurrence de la submersion de ces ouvrages a conduit le Ministère des
Infrastructures, à travers la Direction Générale de l’Entretien Routier, à entreprendre
l’ajout de cellules de Dalot à ces ouvrages afin améliorer leur fonctionnement
hydraulique. Mais est-ce une solution durable ? A quel niveau se pose le problème ?
Quelle(s) serai(en)t la(les) solution(s) durable(s) ?
C’est pour répondre à ces questions que nous, étudiants en fin de cycle de Master
avons choisi pour thème « Analyse du fonctionnement hydraulique de deux
ouvrages couramment submergés, sur les tronçons de la route nationale n°14,
Nouna-Djibasso-Frontière du Mali et proposition de solutions techniques, au PK
109+127 et 117+514 »
Objectif général
L’objectif général est d’analyser le fonctionnement hydraulique des ouvrages OH128
et OH156 et de proposer des solutions techniques.
Objectifs spécifiques
Les objectifs spécifiques sont entre autres :
− Faire des études hydrologiques sur les bassins versants drainés par les deux
ouvrages ;
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2
− Faire des études hydrauliques au droit des ouvrages hydrauliques OH128 et
OH156 ;
− Faire une analyse des résultats des études hydrologique et hydraulique et
proposer des solutions techniques
Résultats attendus
Il est attendu, les résultats suivants :
− Les caractéristiques physiques des bassins versants sont déterminées
− Les débits de projet sont calculés et comparés aux débits ayant permis de
dimensionner les dalots ;
− La capacité d’évacuation des ouvrages existants est évaluée vis-à-vis des
débits calculés ;
− Des solutions techniques sont proposées pour permettre un bon
fonctionnement des deux ouvrages ;
− Des suggestions et recommandations sont proposées.
Méthodologie
− La recherche bibliographique
Une recherche bibliographique a été réalisée sur les différents aspects du thème, à
savoir sur : les études hydrologiques, les études hydrauliques, la caractérisation des
bassins versants, les dossiers relatifs au projet routier.
− Les visites de terrain et les enquêtes auprès des riverains
Un séjour de 3 jours sur le terrain a été nécessaire ; ces visites de terrains ont permis
de faire des mesures, de s’entretenir avec les riverains de la route.
− L’apprentissage du logiciel ArGis
Afin de délimiter les bassins versants, de déterminer leurs caractéristiques, et de
manipuler l’information géographique, il a été nécessaire de suivre une formation pour
une prise en main du logiciel ArcGis.
A partir de toutes ces considérations, nous allons développer 5 parties pour traiter les
questions que soulève le thème : nous aborderons dans un premier temps, la revue
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3
bibliographique, qui fait le point des méthodes d’estimation des débits et de
dimensionnement des ouvrages hydrauliques ; la deuxième partie présente le projet
routier et l’état des lieux des ouvrages existants ; nous ferons ensuite l’étude
hydrologique sur les bassins versants drainés par les ouvrages ; puis viendra l’étude
hydraulique à l’exutoire des bassins versants ; enfin nous ferons une analyse des
résultats des études hydrologique et hydraulique, en vue de proposer de solutions
techniques. Nous terminerons donc par des suggestions-recommandations et une
conclusion générale.
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CHAPITRE 1 : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
1. Introduction
Les études hydrologiques et hydrauliques occupent une place importante dans la
construction des infrastructures routières. En effet ce sont les études hydrologiques
qui permettent d’estimer les débits drainés par un cours d’eau au droit du
franchissement.
Quant aux études hydrauliques elles permettent le dimensionnement hydraulique des
ouvrages et le calage de la ligne rouge afin de mettre l’ouvrage hors d’eau.
Les lignes qui suivent font ressortir l’éventail des ouvrages consultés, abordant la
question des études hydrologiques et hydrauliques.
2. Les méthodes d’estimation des débits
Au Burkina Faso les principales méthodes usitées pour l’estimation des débits
d’apport des bassins versants sont les suivantes :
2.1. La méthode rationnelle
Cette méthode est applicable aux petits bassins dont la superficie ne dépasse pas 4
km2 [5], et disposant de données de la pluie journalière relevées au pluviographe. La
formule du débit s’écrit :
𝑄 = 0,278𝐶𝐼𝐴
Où 𝑄 est le debit à l’exutoire du bassin versant en 𝑚3
/𝑠 ;
𝐶 est le coefficient de ruissellement supposé uniforme sur le bassin versant considéré
pendant la durée de l’averse ;
𝐼 est l’intensité de l’averse exprimée en 𝑚𝑚/ℎ ;
𝐴 est la superficie du bassin versant exprimée en 𝑘𝑚2
;
La méthode rationnelle est également utilisée pour estimer les débits des impluviums,
en vue du dimensionnement des réseaux d’assainissement des plates formes
routières.
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5
2.2. La méthode de Caquot
La méthode de Caquot permet l’estimation du débit maximal d’un bassin versant
urbanisé [5], en tenant compte de la capacité de stockage du réseau d’égouts. La
formule de Caquot s’énonce comme suit :
𝑄 = 𝐾. 𝐽 𝑚
. 𝐶 𝑛
. 𝐴 𝑝
Avec 𝑄 le débit en 𝑙/𝑠 ;
𝐾 est un coefficient dependant de la fréquence de la crue étudiée ;
𝐶 est le coefficient de ruissellement ;
𝐴, la superficie du bassin versant en ℎ𝑎 ;
𝐽 est la pente moyenne du bassin versant en 𝑚/𝑚 ;
𝑚, 𝑛, 𝑝 sont des coefficients dépendant de la zone d’étude.
Pour la zone Sahélo-Soudanienne, la formule proposée est :
𝑄10 = 850. 𝐽0,20
. 𝐶1,11
. 𝐴0,80
Cette formule est très limitée au point de vue application du fait qu’elle n’est valable
que pour une zone restreinte.
2.3. La méthode ORSTOM ou méthode de RODIER AUVRAY
La zone d’application de cette méthode [6] s’étend entre 2° et 20° de latitude nord, et
entre 16° de Longitude ouest et 24° de longitude est. Méthode existant depuis les
années 1965, elle a été révisée par RODIER en 1988. La méthode permet d’estimer
le débit décennal et s’applique aux bassins versants dont la superficie s’étend de
quelques dizaines d’hectares à plus de 1500 km2. Ainsi pour les bassins dont la
superficie dépasse 120 km2 et surtout ceux dépassant 350 km2, il est recommandé de
prendre seulement en considération la partie aval, pour l’estimation de la crue, qui est
susceptible de générer un écoulement à l’exutoire.
La formule du débit décennal s’écrit alors :
𝑄10 = 𝑚. 𝐴. 𝑃10. 𝐾𝑟10. 𝛼10. 𝑆/𝑇𝑏10
Avec :
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𝑄10: le débit décennal en 𝑚3
/𝑠 ;
𝑚 : un coefficient prenant en compte l’écoulement retardé ;
𝐴 : le coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale ;
𝑃10 : la hauteur de la pluie journalière de fréquence décennale exprimée en m ;
𝐾𝑟10: le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale en fraction ;
𝛼10: le coefficient de pointe correspondant à la crue décennale ;
𝑆: la superficie du bassin versant en m2 ;
𝑇𝑏10: le temps de base de l’hydrogramme décennal en s ;
Les termes 𝐴 ; 𝐾𝑟10 et 𝑇𝑏10 peuvent etre determinés à l’aide d’abaques comme à l’aide
de formules.
2.4. La méthode CIEH
Cette méthode a la même zone d’application que celle de la méthode ORSTOM. C’est
une méthode statistique élaborée en 1983 par Puech et Chabi-Gonni [6], sur des
bassins expérimentaux. La formule générale du débit de pointe décennal est :
𝑄10 = 𝑎. 𝑆 𝑠
. 𝑃̅𝑎𝑛
𝑝
. 𝐼𝑔
𝑖
. 𝐾𝑟10
𝑘
. 𝐷 𝑑
𝑑
…
Avec :𝑎,𝑠, 𝑝, 𝑖,𝑘,𝑑 des coefficients à déterminer ;
𝑆 : la superficie du bassin versant en 𝑘𝑚2
;
𝐼𝑔 : l’indice global de pente en 𝑚/𝑘𝑚 ;
𝑃̅𝑎𝑛 : la pluie annuelle moyenne en 𝑚𝑚 ;
𝐾𝑟10 : le coefficient de ruissellement décennal en pourcentage ;
𝐷 𝑑 : la densité de drainage en 𝑘𝑚/𝑘𝑚2
;
La détermination des coefficients ci-dessus mentionnés se fait par une régression
linéaire multiple, qui a permis d’expliquer la corrélation des paramètres physiques, en
fonction de la zone climatique. Une quarantaine de régressions a été retenue et
regroupée en fonction, des découpages climatiques, des régions ou groupe de pays.
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Dans le cadre de notre étude, et pour le groupe de pays auquel appartient le Burkina
Faso, nous avons sélectionné les régressions ou les équations, donnant une valeur
élevée de 𝑟2
, avec 𝑟 le coefficient de corrélation de la régression. Ainsi 8 équations de
calcul de 𝑄10 ont été retenues.
𝑄10 = 0,0833. 𝑆0,696
. 𝐼𝑔
0,953
. 𝐾𝑟10
0,534
(1)
𝑄10 = 0,095. 𝑆0,643
. 𝐼𝑔
0,406
. 𝐾𝑟10
1,038
(2)
𝑄10 = 146. 𝑆0,479
. 𝑃𝑚10
−0,969
. 𝐾𝑟10
0,457
(3)
𝑄10 = 0,254. 𝑆0,462
. 𝐼𝑔
0,101
. 𝐾𝑟10
0,976
(4)
𝑄10 = 0,0912. 𝑆0,643
. 𝐼𝑔
0,399
. 𝐾𝑟10
1,019
(5)
𝑄10 = 35600. 𝑆0,342
. 𝑃𝑚10
−1,808
(6)
𝑄10 = 203. 𝑆0,459
. 𝑃𝑚10
−1,301
. 𝐾𝑟10
0,813
(7)
𝑄10 = 22400. 𝑆0,363
. 𝐼𝑔
0,059
. 𝑃𝑚10
−1,808
(8)
Une analyse comparative des résultats de ces différentes équations permet de
conclure sur le débit de pointe décennal à retenir.
2.5. Le passage de la crue décennale à la crue de projet
Le débit de projet se définit comme étant le débit de pointe pour une période de retour
donnée, dimensionnant l’ouvrage hydraulique [7]. La plupart des méthodes permettant
le passage de la crue décennale à la crue de projet, est d’une relation linéaire de type
𝑄 𝑇 = 𝐶 𝑇. 𝑄10
Avec 𝑄 𝑇 le débit de projet de période de retour 𝑇 ;
𝐶 𝑇 un coefficient majorateur supérieur à 1 ;
𝑄10 le débit décennal ;
Pour le passage du débit décennal au débit centennal, la formule suivante est admise
[6].
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8
𝐶100 = 1 +
𝑃100 − 𝑃10
𝑃10
.
(
𝑇𝑏10
24⁄ )
0,12
𝐾𝑟10
Ou, 𝑃10 = la précipitation journalière correspondant à une période de retour de 10 ans ;
𝑃100 = la précipitation journalière correspondant à une période de retour de 100 ans ;
𝑇𝑏10 = le temps de base en heure ;
𝐾𝑟10 = le coefficient de ruissellement de la crue décennale exprimé en fraction ;
Mais connaissant les précipitations journalières 𝑃20, 𝑃25 , 𝑃50 nous essayerons par
extrapolation de la formule de 𝐶100, afin d’estimer 𝐶20, 𝐶25, 𝐶50, permettant de passer
du débit décennal au débit vingtennal, vicennal, cinquantennal et centennal. Ainsi on
aura :
𝐶20 = 1 +
𝑃20 − 𝑃10
𝑃10
.
(
𝑇𝑏10
24⁄ )
0,12
𝐾𝑟10
𝐶25 = 1 +
𝑃25 − 𝑃10
𝑃10
.
(
𝑇𝑏10
24⁄ )
0,12
𝐾𝑟10
𝐶50 = 1 +
𝑃50 − 𝑃10
𝑃10
.
(
𝑇𝑏10
24⁄ )
0,12
𝐾𝑟10
𝐶100 = 1 +
𝑃100 − 𝑃10
𝑃10
.
(
𝑇𝑏10
24⁄ )
0,12
𝐾𝑟10
3. Les méthodes de dimensionnement hydraulique des ouvrages
Plusieurs méthodes sont utilisées dans le cadre du dimensionnement hydraulique des
ouvrages de rétablissement des écoulements naturels, parmi lesquelles il y a la
méthode des grandeurs réduites pour les sorties libres [5]. C’est une méthode qui
nécessite l’utilisation de plusieurs abaques préconçus qui engendre souvent des
erreurs de lecture ou d’appréciation de la part du concepteur.
Il y a également la méthode dite du régime à l’aval de l’ouvrage [7]. C’est une méthode
de calcul numérique, qui peut être transcrite en langage de programmation afin de
faciliter les calculs manuels, fastidieux des itérations.
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Nous utiliserons par conséquent, dans le chapitre consacré à l’étude hydraulique, la
méthode du régime à l’aval de l’ouvrage, tant dans l’évaluation de la capacité de nos
ouvrages que dans leur redimensionnement.
3.1. La méthodologie du régime à l’aval de l’ouvrage
La démarche consiste à rechercher le régime d’écoulement à l’aval immédiat de
l’ouvrage [7] en calculant la profondeur normale ℎ 𝑛 et la profondeur critique ℎ 𝑐. La
comparaison des deux profondeurs d’eau permet de déduire le régime d’écoulement.
Alors, si le régime à l’aval de l’ouvrage est fluvial, l’ouvrage est calé en régime fluvial.
Si par contre le régime à l’aval est torrentiel, l’ouvrage est calé soit en régime torrentiel,
soit en régime fluvial.
On déduit du calage de l’ouvrage, dans le régime approprié, la hauteur d’eau à l’entrée
de l’ouvrage, nommée 𝑦𝑒, et enfin la hauteur d’eau à l’amont de l’ouvrage 𝐻 𝑎𝑚, qui se
calcule par application du théorème de Bernoulli simplifié entre une section à l’amont,
et l’entrée de l’ouvrage projeté soit :
𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑒 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉𝑒
2
2𝑔
Avec 𝑦𝑒 la hauteur d’eau à l’entrée immédiate de l’ouvrage en m ;
𝐾𝑒 le coefficient d’entonnement, fonction du type de l’entrée, dont les valeurs sont
mentionnées dans le tableau n°1-1 ci-dessous ;
𝑉𝑒 la vitesse d’écoulement de l’eau à l’entrée de l’ouvrage en 𝑚/𝑠 ;
𝑔 l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2
;
Le logigramme de la figure n°1-1 ci-après synthétise la démarche à suivre pour le
dimensionnement hydraulique.
Tableau n°1-1 : coefficient d’entonnement 𝑲 𝒆 en fonction du type d’entrée de l’eau dans
l’ouvrage [7]
Type de l’entrée 𝐾𝑒
Extrémité entaillée en sifflet 0,7
Extrémité avec mur de tète et murs en
aile
0,5
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Figure n°1-1 : démarche pour le dimensionnement hydraulique [7]
Dimensionnement hydraulique
𝑦𝑒 = 𝑦𝑛
𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑛 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑛
2
2𝑔
𝑦𝑒 = 𝑦𝑐
𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑐 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑐
2
2𝑔
Comparaison
de 𝑦𝑛 et ℎ 𝑛
𝑦𝑛 > ℎ 𝑛
𝑦𝑒 = 𝑦𝑛
𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑛 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑛
2
2𝑔
ℎ 𝑛 > 𝑦𝑛
𝑦𝑒 = ℎ 𝑛
𝐻 𝑎𝑚 = ℎ 𝑛 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 ℎ 𝑛
2
2𝑔
Calage de l’OH en régime
fluvial
Recherche des caractéristiques
de l’OH :
section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que :
𝑦𝑛 ≥ 1,20𝑦𝑐
𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH
𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠
Calage de l’OH en régime
fluvial
Recherche des caractéristiques
de l’OH :
section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que :
𝑦𝑛 ≥ 1,20𝑦𝑐
𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH
𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠
Calage de l’OH en régime
torrentiel
Recherche des
caractéristiques de l’OH :
section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que :
𝑦𝑛 ≤ 0,80𝑦𝑐
𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH
𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠
Régime fluvial Régime torrentiel
ℎ 𝑛 < ℎ 𝑐ℎ 𝑛 > ℎ 𝑐
Comparaison de ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐
Débit de projet
Régime à l’aval de l’OH
par calcul de ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐
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3.2. Méthodologie de calcul des hauteurs d’eau normale et critique
Pour le calcul préalable des hauteurs normales et critiques, des méthodes utilisant
également des abaques [7] permettent d’estimer ces hauteurs. Mais dans le cadre de
ce travail, nous utilisons une méthode de calcul numérique, qui part de la formule de
Manning Strickler, pour les hauteurs normales, et de la formule de la charge spécifique,
pour les hauteurs critiques.
Signalons que les profondeurs ou hauteurs d’eau sont désignées par l’appellation ℎ,
pour ce qui concerne les profondeurs d’eau hors de l’ouvrage hydraulique, et
l’appellation 𝑦, pour les hauteurs d’eau à l’intérieur de l’ouvrage. Ainsi ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐 sont
respectivement les profondeurs d’eau normale et critique à l’extérieur de l’ouvrage
hydraulique. 𝑦𝑛 et 𝑦𝑐 représentent également les profondeurs d’eau normale et critique
à l’intérieur de l’ouvrage.
 Calcul de la profondeur normale
De la formule de Manning Strickler : 𝑄 = 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
√𝐼 , On déduit que
𝑄
√𝐼
= 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
𝑄
√𝐼
étant une grandeur fixe, on calcule ensuite la quantité variable 𝐷 = 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
, appelé
aussi la débitance, pour différentes valeurs de la profondeur d’eau ℎ 𝑛 ou 𝑦𝑛. La valeur
de ℎ 𝑛 ou de 𝑦𝑛 pour laquelle la quantité variable 𝐷 égale la grandeur fixe
𝑄
√𝐼
est la
profondeur normale.
Dans ces relations, 𝑄 est le débit écoulé en 𝑚3
/𝑠 ;
𝐾 le coefficient de rugosité des parois des ouvrages d’assainissement, donné dans le
tableau n°1-2 ci-après ;
𝑅ℎ le rayon hydraulique en 𝑚 avec 𝑅ℎ =
𝑆
𝑃
;
𝑆 la section mouillée en 𝑚2
;
𝑃 le périmètre mouillée en 𝑚 ;
𝐼 la pente hydraulique en 𝑚/𝑚 ;
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Tableau n°1-2 : coefficient de rugosité 𝑲 des ouvrages d’assainissement [7]
Type d’ouvrage 𝐾
Ouvrages enherbés plats peu profond
(avec h la hauteur d’eau dans l’ouvrage
en 𝑚)
ℎ ≤ 0,15𝑚
ℎ ≤ 0,20𝑚
10
15
Fossés enherbés (fossés trapézoïdaux
et triangulaires)
25
Ouvrages superficiels en béton (fossés,
cunettes, et caniveaux)
70
Canalisations lisses (béton, PVC,
PEHD, etc.)
80
 Calcul de la profondeur critique
De la relation
𝑄2 𝑙
𝑔𝑆3 = 1 on déduit que
𝑄
√ 𝑔
= 𝑆√
𝑆
𝑙
𝑄
√ 𝑔
est une grandeur fixe. On calcule ensuite la variable 𝐹 = 𝑆√
𝑆
𝑙
pour différentes
valeurs de ℎ 𝑐 ou 𝑦𝑐 et la valeur de ℎ 𝑐 ou de 𝑦𝑐 pour laquelle la quantité variable 𝐹
égale la grandeur fixe
𝑄
√ 𝑔
est la profondeur critique.
Dans ces relations, 𝑄 est le débit écoulé en 𝑚3
/𝑠 ;
𝑙 la largeur au miroir en 𝑚 ;
𝑔 l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2
;
𝑆 la section mouillée en 𝑚2
;
On assimile généralement la section du ruisseau à un canal de section trapézoïdale,
facilitant ainsi le calcul des paramètres tels que la section mouillée 𝑆, le périmètre
mouillé 𝑃, la largeur au miroir 𝑙 par les formules suivantes :
𝑆 = 𝑏𝑦 + 𝑚𝑦2
; 𝑃 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑚2 ; 𝑙 = 𝑏 + 2𝑚𝑦 ;
Avec 𝑚 le fruit des talus, 𝑚 = 𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼. Pour le cas d’ouvrage rectangulaire 𝑚 = 0
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La figure n°1-2 ci-dessous, illustre une section transversale du ruisseau à prendre en
compte dans le calcul des profondeurs d’eau.
Figure n°1-2 : section courante des ruisseaux à prendre en compte
4. Conclusion partielle
Nous disposons donc de plusieurs méthodes permettant d’estimer les débits des
bassins versants non jaugés, et de dimensionner les ouvrages hydrauliques.
Cependant, les caractéristiques physiques des bassins versants décrits au chapitre 3,
limitent l’utilisation des méthodes d’estimation des débits aux méthodes ORSTOM et
CIEH.
Aussi, nous avons fait le choix de la méthode du régime à l’aval de l’ouvrage, comme
méthode de dimensionnement hydraulique, en raison de son caractère analytique.
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CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU PROJET ROUTIER ET ETAT DES
LIEUX DES OUVRAGES
1. Introduction
Dans ce chapitre nous donnerons le contexte général de notre étude, la position des
ouvrages hydrauliques sur les tronçons de la route, tout en décrivant leurs
caractéristiques géométriques.
2. Présentation du projet et contexte général de l’étude
La construction et le bitumage de la route Dédougou-Nouna-Djibasso-Frontière du
Mali a été lancé le jeudi 19 janvier 2012 [d]. Long de 143,7 km, dont 131,388 km sur
la nationale 14 et 12,286 km sur la bretelle de Nouna [3], cette infrastructure a couté
la somme de 30,8 milliards de FCFA, et est un don du peuple Américain au Burkina
Faso à travers le compact « Millennium Challenge Account ».
Les caractéristiques techniques de la route sont :
Le revêtement est en enduit superficielle bicouche sur une plateforme de 10,20 m en
rase campagne, dont 7,20 m de largeur roulable et 1,50 m d’accotement de part et
d’autre de l’axe de la route [d]. En traversée d’agglomération on a 12,20 m de
plateforme, 8,20 m de bande roulable et 2 m d’accotement.
Après 24 mois de travaux, l’inauguration de la route s’est déroulée le samedi 31 Mai
2014 en présence du Président du Faso et d’éminentes personnalités des USA.
Quelques mois après la réception de l’infrastructure routière, la partie frontalière au
Mali enregistre déjà des submersions à répétition, à certains endroits entrainant ainsi
des dommages tels que : interruption du trafic routier, dégradation de la chaussée,
érosion des talus et des accotements, destruction de remblai.
La répétition du phénomène et la polémique dans la presse sur une dégradation
précoce de la route, ont amené le ministre des infrastructures à effectuer une sortie
sur le terrain, le 02 septembre 2014, afin d’assurer la population et l’opinion
internationale. Pour la coordination de MCA [c], des branchages laissés par le projet
d’électrification rurale, a l’amont de l’ouvrage OH156, auraient contribué à l’obstruer.
Le 09 septembre 2015 [1], alors qu’on n’a pas enregistré de pluie à Djibasso, une
importante lame d’eau arrive à l’ouvrage OH128, à l’entrée de Djibasso, engloutissant
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l’ouvrage sur une largeur d’environ 200 mètres, et la crue dure plus de 3 heures. Là
également, il y a eu interruption du trafic routier, et des dégradations après le passage
de la crue. Selon des riverains de la route, cette situation arrivait pour la troisième fois
dans la même saison pluvieuse.
3. Localisation des ouvrages
Le tronçon de la route nationale n°14 objet de la présente étude traverse les
communes rurales de Djibasso et de Madouba, qui sont des communes faisant
frontière avec le Mali. C’est deux communes relèvent de la province de la Kossi, dans
la région de la boucle du Mouhoun. L’origine du projet de construction de la route étant
Dédougou, on y trouve alors le PK 0+00. La fin du projet se situe à Madouba et
correspondant au PK 131+388. Dans le sens de Dédougou-Madouba, le premier
ouvrage se situe à l’entrée de Djibasso précisément au PK 109+127. Il est repéré par
l’identifiant OH128 [2]. Le second ouvrage est à cheval entre les limites des deux
communes, au PK 117+514. Il est identifié par l’appellation OH156 [2].
La figure n°2-1 ci-après montre les positions des deux ouvrages sur les tronçons de la
route.
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Figure n°2-1 : carte montrant la localisation des deux ouvrages
4. Présentation des ouvrages
4.1. Présentation de l’ouvrage OH128
Le OH128 est un dalot de 4x3x2 [2] c’est-à-dire que l’ouvrage comporte, 4 cellules de
3 m de portée chacune et de 2 m de hauteur. La cote du radier est à 326,70 m
d’altitude. L’ouvrage comporte des murs en aile et de murs de tète.
A l’aval immédiat de l’ouvrage, sur l’ancien tracé de la route, se trouve un ponceau à
poutre de 10 m de portée et de 2,25 m de hauteur dont le remblai d’accès atteint une
hauteur d’environ 3 m. A l’amont à environ 500 m il y a un dalot de 4x2,5x2,5, construit
avant le projet routier. On note aussi la présence d’un arbre à l’entrée immédiate de
l’ouvrage.
L’image de la figure n°2-2 de la page suivante présente la configuration géométrique,
de l’ouvrage OH128
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Figure n°2-2 : vue de profil de l’ouvrage OH128
4.2. Présentation de l’ouvrage OH156
C’est un dalot de 4x2x2 [2] ; ce dalot comporte donc 4 cellules de 2 m de portée et de
2 m de hauteur chacune. La cote du radier est à 325,87 m d’altitude.
Le OH156 est muni également des murs en aile et de murs de tète. A l’aval de
l’ouvrage un perré maçonné d’environ 150 ml est réalisé sur le talus de remblai dont
des affouillements du muret d’encrage sont visibles à certains endroits, dus au
déversement de l’eau par-dessus la route.
L’image de figures n°2-3 ci-après présente une vue de profil de l’ouvrage OH156.
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Figure n°2-3 : vue de profil de l’ouvrage OH156
5. Etat des lieux des ouvrages
5.1. Ouvrage OH128
L’ouvrage est submergé au moins une fois par saison [1] occasionnant des
dégradations et de ruptures de trafic.
Selon les indications du niveau atteint par l’eau, lors de la submersion, et rattachées
aux cotes du profil en long du projet, on a pu remarquer que la lame d’eau s’étend du
profil en travers n° 4361 dont la cote projet est 330,19 m, au profil 4370 avec une
cote projet de 330,36. Le OH128 est lui-même au profil 4366 avec une cote de la
ligne rouge de 329,85.
D’après nos estimations la lame d’eau sur la route s’étend sur environ 200 m, avec
une hauteur d’environ 0,30 m au droit de l’ouvrage et une hauteur atteignant 0,70 m
au droit du profil en travers n° 4364 dont la cote projet est à 329,45 m d’altitude.
Les images des figures n°2-4 et n°2-5 ci-après montrent respectivement la lame
d’eau à l’origine de la submersion de septembre 2015 et l’ampleur des dégradations
après la crue.
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Figure n°2-4 : Submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1]
Figure n°2-5 : dégradations causées par la submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015
[1]
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5.2. Ouvrage OH156
A ce niveau également l’enquête sur le terrain a révélé des submersions de l’ouvrage
à chaque saison des pluies. C’est d’ailleurs la submersion de cet ouvrage qui a
causé la polémique dans la presse en Août 2014.
Selon les indications des riverains et les niveaux des laisses de crue, rattachées à
l’axe de la route, nous estimons que la submersion de l’ouvrage s’étend sur une
largeur d’environ 150 m avec une hauteur d’eau au droit de l’ouvrage d’environ 0,60
m.
L’image de la figure n°2-6 ci-dessous illustre les dégradations de l’ouvrage OH156
dues à la submersion d’Août 2014.
Figure n°2-6 : dégradation causée par la submersion de l’ouvrage OH156 en Août 2014 [c]
6. Hypothèses possibles de la submersion des ouvrages
Sachant que la pluviométrie est l’un des facteurs favorisant la survenue de crue et
vue les caractéristiques géométriques des deux ouvrages ci-dessus énumérées, on
peut se poser la question à savoir, quelles sont les causes probables de la
submersion de ces ouvrages ?
En effet il y a plusieurs éventualités :
Juin 2018
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21
− La section hydraulique de chaque ouvrage peut être insuffisante pour évacuer
le débit engendré par le bassin versant ;
− Le bassin versant peut, lui-même avoir été mal délimité ;
− La survenue de pluie exceptionnelle pourrait expliquer le phénomène ;
− Le débit de projet a été sous-estimé.
− La ligne rouge du projet au droit de ces ouvrages ne permet pas de mettre la
route hors d’eau.
7. Conclusion partielle
Les ouvrages hydrauliques objets de la présente étude sont le OH128 et le OH156
situés respectivement au pk 109+127 et au pk 117+514. On estime la lame d’eau
submergeant les ouvrages à une hauteur d’environ 0,30 m au droit de l’ouvrage
OH128, et à une hauteur d’environ 0,60 m au droit de celui du OH156. Plusieurs
causes pourraient expliquer leur submersion. Cependant, si l’hypothèse d’une pluie
exceptionnelle peut être écartée, vue la répétition du problème, comment estime-t-on
le débit engendré par un bassin versant ? La réponse à cette question fait l’objet du
chapitre suivant.
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22
CHAPITRE 3 : ETUDE HYDROLOGIQUE SUR LES BASSINS
VERSANTS INTERCEPTANT LA ROUTE
1. Introduction
L’une des contraintes auxquelles l’ingénieur routier est confronté, lors de la conception
géométrique de la route, est le calage de la ligne rouge au droit des écoulements
naturels. Un calage précis recommande de tenir compte des caractéristiques
physiques des bassins versants drainés par les cours d’eau, ou d’évaluer les débits
qui y interceptent la route. Dans ce chapitre nous traiterons des méthodes et des
moyens utilisés pour l’estimation des débits.
2. Collecte et analyse des données pluviométriques
2.1. Les données pluviométriques
Le tronçon de la route nationale n°14, objet de la présente étude est la partie traversant
les communes de Djibasso et de Madouba. Les données pluviométriques que nous
disposons sont celles qui ont servi à l’étude du projet routier. Ce sont des données de
la Météo, issues de deux stations météorologiques, à savoir la station de Dédougou et
celle de Nouna. Les données sont de deux ordres.
− Une pluviométrie moyenne mensuelle sur une période de 70 ans
− Une pluviométrie maximale journalière sur une période de 31 ans
Les tableaux n°3-1 et n°3-2 ci-après présentent respectivement, les relevées
pluviométriques des moyennes mensuelles, des deux stations sur la période 1940-
2009, et les relevées de la pluviométrie maximale journalière des deux stations sur la
période 1979-2009.
Tableau n°3-1 : pluviométrie moyenne mensuelle sur 70 ans [2]
Station Période J F M A M J J A S O N D Moy.ann
Dédougou
1940-
2009
0,9 1,3 6,4
23,
9
71,
5
113
,7
201
,9
256
,9
153
,3
47,
7
2,9 0,5 855
Nouna
1940-
2009
0,5 2,3 3,6
16,
4
58,
3
110
,2
180
,2
227
,8
130
,3
39,
9
3 1 770,7
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23
Tableau n°3-2 : pluie maximale journalière des stations de Dédougou et de Nouna [2]
N° année
Station de Dédougou Station de Nouna
Jour Année Valeur Jour Année Valeur
1 6-juil. 1979 67,1 30-sept. 1979 46,5
2 20-Août 1980 46,1 6-juil. 1980 107,2
3 23-juil. 1981 57,7 3-mai 1981 35,2
4 27-Août 1982 46,1 25-juil. 1982 67,1
5 7-aout 1983 49,8 29-aout 1983 44,8
6 10-mai 1984 52,1 31-mai 1984 45,1
7 30-juin 1985 49,8 1-juil. 1985 52,2
8 5-sept. 1986 61,4 24-juil. 1986 81,0
9 9-aout 1987 44,6 25-aout 1987 50,0
10 15-aout 1988 49,9 7-sept 1988 82,6
11 28-aout 1989 90,2 8-juil. 1989 69,0
12 18-aout 1990 66,3 26-juin 1990 44,5
13 20-mai 1991 89,6 21-mai 1991 46,0
14 15-sept. 1992 42,7 27-juil. 1992 33,3
15 16-aout 1993 46,0 1993
16 22-juil. 1994 78,1 1994
17 17-aout 1995 43,5 1995
18 4-aout 1996 49,3 16-aout 1996 67,5
19 14-mai 1997 80,2 19-juil. 1997 33,5
20 12-juin 1998 80,6 21-sept. 1998 52,4
21 1-sept. 1999 57,1 22-juil. 1999 40,0
22 18-aout 2000 57,7 17-aout 2000 66,6
23 2-sept 2001 43,7 23-juil. 2001 50,0
24 14-aout 2002 47,8 5-oct. 2002 116,9
25 23-aout 2003 85,1 1-juin 2003 91,1
26 23-aout 2004 60,0 24-juil. 2004 82,0
27 7-aout 2005 56,2 4-juin 2005 58,0
28 22-aout 2006 79,5 19-juil. 2006 67,9
29 5-aout 2007 95,5 2007
30 19-aout 2008 83,8 19-juil. 2008 51,2
31 7-juil. 2009 58,7 24-juil 2009 62,0
2.2. Etude de la distribution statistique fréquentielle de la pluie
journalière
Le tableau n°3-2 ci-dessus montre une discontinuité des relevées de la station de
Nouna, pour les années 1993 ;1994 ;1995 ; et 2007. Les communes de Djibasso et de
Madouba relèvent de la province de la Kossi dont le chef-lieu est Nouna. La station de
Nouna étant plus proche de la zone d’étude que celle de Dédougou, nous considérons
que les relevées de la station de Nouna constituent un échantillon assez représentatif
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24
de notre zone d’étude. Par contre une comparaison des données des deux stations
est faite, en vue d’une éventuelle extension des données aux valeurs manquantes, par
la méthode de régression linéaire.
La figure n°3-1 ci-dessous montre une dispersion des points qui ont pour coordonnées
les couples (𝑋 𝑑 ; 𝑌𝑛), autour de la droite de régression qui s’écrit :
𝑌𝑛 = −0,1348. 𝑋 𝑑 + 69,13, avec 𝑌𝑛 la pluie journalière de la station de Nouna de l’année
𝑖 ; et 𝑋 𝑑 la pluie journalière de la station de Dédougou de l’année 𝑖.
En outre le coefficient de corrélation de la régression vaut 𝑟 = 0,096 ; 𝑟 étant inférieur
à 0,75 alors la corrélation est considérée comme sujette à caution [5]. Nous
considérons donc les données de la station de Nouna comme telles pour la suite de
nos travaux.
Figure n°3-1 : corrélation entre les données de la station de Nouna et celles de Dédougou
Yn = -0.1348Xd + 69.13
R² = 0.0092
0
20
40
60
80
100
120
140
30 40 50 60 70 80 90 100
Yn(mm)
Xd(mm)
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25
Plusieurs lois de probabilité permettent d’ajuster aux relevées, une distribution
fréquentielle, parmi lesquelles la loi de GUMBEL [5]. Appelée loi doublement
exponentielle elle se présente sous la forme :
𝐹(𝑃) = 𝑒−𝑒−𝑢
, avec 𝐹(𝑃) la fonction de non dépassement ;
𝜇 une variable donnée par 𝜇 = 𝛼(𝑃 − 𝑃0) ;
𝛼 et 𝑃0 sont des paramètres d’ajustement qui se déduisent des paramètres statistiques
suivants :
𝑃̅ =
∑ 𝑃
𝑁
; avec 𝑃̅ la moyenne de l’échantillon étudié ; 𝑃 la pluie journalière ; 𝑁 étant le
nombre de relevées
𝜎 = √
∑(𝑃−𝑃̅) 2
𝑁−1
;
1
𝛼
= 0,780 𝜎 ; 𝑃0 = 𝑃̅ − 0,45 𝜎
Pour le calcul de la pluie journalière de diverses fréquences [5], on calcul la variable 𝜇
tirée de la loi de répartition qui donne 𝜇 = − 𝐿𝑜𝑔(− 𝐿𝑜𝑔 𝐹(𝑃)) que l’on égale à 𝜇 =
𝛼(𝑃𝐹 − 𝑃0) pour obtenir la valeur correspondant à 𝑃𝐹 ou 𝑃𝑇 avec 𝑇 = (
1
1−𝐹
)
Le tableau n°3-3 ci-dessous donne pour diverses valeurs du temps de retour T, les
relations qui lient la pluie journalière recherchée 𝑃𝑇 de periode de retour T, à l’écart
type 𝜎 et à la moyenne 𝑃̅ de l’échantillon étudié.
Tableau n°3-3 : relation liant la pluie journalière 𝑷 𝑻, l’écart type 𝝈,et la moyenne 𝑷̅ [5]
Période de retour
T(ans)
Fréquence
𝐹 = 1 −
1
𝑇
𝜇 𝑃𝑇
5 0,80 1,500 0,720 𝜎 + 𝑃̅
10 0,90 2,250 1,305 𝜎 + 𝑃̅
20 0,95 2,970 1,866 𝜎 + 𝑃̅
25 0,96 3,199 2,045 𝜎 + 𝑃̅
50 0,98 3,902 2,594 𝜎 + 𝑃̅
75 0,9867 4,311 2,912 𝜎 + 𝑃̅
100 0,99 4,600 3,138 𝜎 + 𝑃̅
500 0,998 6,214 4,397 𝜎 + 𝑃̅
1000 0,999 6,907 4,938 𝜎 + 𝑃̅
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26
En appliquant les formules ci-dessus mentionnées aux relevées de la station de
Nouna, on obtient les paramètres statistiques d’ajustement contenus dans le tableau
n°3-4 ci-dessous.
Tableau n°3-4 : paramètres statistiques d’ajustement de la station de Nouna
𝑃̅ 𝜎 𝛼 𝑃0
60,87 21,53 0,0595 51,182
Les paramètres statistiques d’ajustement du tableau n°3-4 intégrés dans les relations
de GUMBEL du tableau n°3-3 ont donné les résultats du tableau n°3-5 ci-dessous, qui
représentent la pluie journalière pour les périodes de retour allant de 5 à 100 ans.
Tableau n°3-5 : pluie journalière de diverses périodes de retour de la station de Nouna
T(ans) 𝑃𝑇(mm)
5 76,37
10 88,97
20 101,04
25 104,90
50 116,72
100 128,43
3. Détermination des caractéristiques physiques des bassins
versants
3.1. Les données de base
Un certain nombre de données de base ont été nécessaires pour la détermination des
caractéristiques physiques des bassins versants. Ce sont :
− Des données SRTM ou MNT, fournies par deux agences américaines, la NASA
et la NGA. Ce sont des données altimétriques du terrain, téléchargeable sur le
site http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/, depuis 2009 et offrant une résolution de 30
m.
− La base de données de l’IGB, concernant les voies de communication, les
localités, les communes…
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27
− La base de données d’occupation des terres, élaborée par le ministère de
l’environnement datant de 2012.
3.2. Les outils utilisés
Des logiciels ont été nécessaires pour la détermination des caractéristiques physiques
des bassins. Il s’agit de :
− Google Earth
− Global Mapper
− ArcGis
3.3. La méthodologie
Pour la détermination des caractéristiques physiques des bassins versants, nous
avons procédé ainsi qu’il suit :
 L’application Google Earth [a] a été utilisée pour identifier les ouvrages OH128
et OH156 en y mettant une marque à l’exutoire de chaque ouvrage. Les
coordonnées géographiques de l’exutoire ainsi que la marque sont enregistrées
en fichier d’extension .kmz.
 Dans le logiciel Global Mapper [a], on ouvre le fichier de l’exutoire (fichier .kmz);
une projection UTM WGS 1984 de la zone 30 de l’hémisphère nord est
appliquée à la position de l’exutoire. On procède ensuite au téléchargement du
modèle numérique du terrain (données SRTM) de la zone avoisinant l’exutoire.
Pour un souci d’alléger le traitement de l’ordinateur, on découpe les données obtenues
en une taille raisonnable permettant ainsi l’analyse. Le fichier ainsi découpé après
enregistrement a une extension .dem.
 L’essentiel du travail de traitement du fichier découpé, d’extension .dem est fait
sur ArcGis [b]. C’est ainsi qu’après le traitement on obtient :
− Le fichier de forme du bassin versant (superficie en km2, périmètre en
km)
− Le réseau hydrographique classé, suivant la classification de Strahler
(longueur totale du réseau en km)
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28
− La répartition des tranches d’altitude sur la superficie du bassin, ce qui
permet de tracer la courbe hypsométrique du bassin versant
− La cartographie de l’occupation des terres, en recoupant le fichier de
forme du bassin versant avec la base de données d’occupation des
terres.
3.4. Résultats du traitement pour le bassin versant drainé par l’ouvrage
OH128
La figure n°3-2 ci-après présente les limites du bassin de l’ouvrage OH128, ainsi que
le réseau hydrographique avec les caractéristiques physiques suivantes :
Superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2
; périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚 ; longueur du réseau
hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚 ; la pente moyenne 𝐼 = 0,55 % ; longueur de
cheminement hydraulique 𝐿 = 14,1 𝑘𝑚 ; type de bassin versant : bassin à réseau
hydrographique en arête de poisson.
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29
Figure n°3-2 : bassin versant de l’ouvrage OH128 et son réseau hydrographique
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30
La figure n°3-3 de la page suivante, présente les tranches d’altitudes, reparties sur la
superficie du bassin versant. Le tableau n°3-6 ci-après, fait ressortir la synthèse de
cette répartition de tranches d’altitudes, qui a servi à tracer la courbe hypsométrique
du bassin présentée sur la figure n°3-4 ci-après.
La figure n°3-5 ci-après présente la carte de l’occupation des terres sur le bassin,
version 2012, dont la synthèse est résumée dans le tableau n°3-7 ci-après.
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31
Figure n°3-3 : carte hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128
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Tableau n°3-6 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin versant de
l’ouvrage OH128
Superficie cumulée(m2) Superficie cumulée (%) Cotes(m)
0 0 462
3 497 415 7 432
11 432 867 24 420
17 572 179 37 408
21 715 451 46 397
26 389 597 56 385
30 929 797 65 373
35 549 666 75 361
41 340 646 87 350
47 401 899 100 335
Figure n°3-4 : Courbe hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128
335
340
345
350
355
360
365
370
375
380
385
390
395
400
405
410
415
420
425
430
435
440
445
450
455
460
465
470
475
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100105
COTESENM
SUPERFICIE CUMLÉSE EN %
340.77
440.57
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33
Figure n°3-5 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128
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34
Tableau n°3-7 : synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128
Code Désignation Superficie(m2) Superficie (%)
1 Habitat 880 542 1,85
2
Culture pluviale et territoire
agroforestier
19 166 424 40,37
4 Verger 20 264 0,04
10 Roche nue 28 623 0,06
11 Steppe arbustive et herbeuse 27 122 353 57,12
12 Steppe arborée 185 288 0,39
14
Sol nu (érodé, dénudé, cuirasse, etc.)
dune et sable
76 307 0,16
3.5. Résultats du bassin versant interceptant la route au droit de
l’ouvrage OH156
La figure n°3-6 de la page suivante présente les limites du bassin versant avec son
réseau hydrographique dont : la superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2
; le périmètre 𝑃 =
29,870 𝑘𝑚 ; la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚 ; la pente moyenne
est de 0,66 % ; la longueur du cheminement hydraulique est 13,89 𝑘𝑚 ; le type de
bassin versant est un bassin à réseau hydrographique de type radial.
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35
Figure n°3-6 : Bassin versant de l’ouvrage OH156 et le réseau hydrographique
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36
La figure n°3-7, le tableau n°3-8 et la figure n°3-8, ci-après présentent respectivement
la carte hypsométrique, la synthèse des tranches d’altitude et la courbe hypsométrique
du bassin versant.
Egalement en recoupant le bassin versant avec la base de données d’occupation des
terres, on obtient les résultats de la figure n°3-9 ci-après représentant la carte
d’occupation des terres et le tableau n°3-9 ci-après, qui donne la synthèse de
l’occupation des terres.
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37
Figure n°3-7 : carte hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156
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38
Tableau n°3-8 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin de l’ouvrage
OH156
Figure n°3-8 : courbe hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156
Superficie cumulée(m2) Superficie cumulée (%) Cotes(m)
0 0 440
1 554 598 5 422
4 087 673 12 410
7 367 529 22 399
11 720 092 35 390
15 866 734 47 380
20 022 347 60 369
25 055 920 75 359
30 246 713 90 349
33 564420 100 333
330
335
340
345
350
355
360
365
370
375
380
385
390
395
400
405
410
415
420
425
430
435
440
445
450
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100105
COTESENM
SUPERFICIE CUMULÉE EN %
422
341
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Figure n°3-9 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156
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Tableau n°3-9 : Synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156
Code Désignation Superficie(m2) Superficie (%)
2 Culture pluviale et territoire agroforestier 11 883 697 35,34
4 Verger 3 418 0,01
11 Steppe arbustive et herbeuse 21 569 694 64,14
12 Steppe arborée 55 305 0,16
14
Sol nu (érodé, dénudé, cuirasse, etc.)
dune et sable
117 389 0,35
La figure n°3-10 de la page suivante illustre la portion de la route nationale n°14, et les
deux bassins versants l’interceptant.
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Figure n°3-10 : carte montrant l’emplacement des deux bassins versants et la portion de la
RN14
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4. Etude hydrologique sur le bassin versant de l’ouvrage OH128
4.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM
L’exutoire du bassin est situé à 13°06’55,1343’’ de latitude nord et à 4°08’53,3022’’
de longitude ouest : la méthode ORSTOM est donc applicable. Rappelons que le
débit décennal est donné par la formule :
𝑄10 = 𝑚. 𝐴. 𝑃10. 𝐾𝑟10. 𝛼10. 𝑆/𝑇𝑏10
Le traitement du modèle numérique du terrain avec ArcGis dans la section 3.4 a permis
d’avoir les caractéristiques physiques suivantes :
Superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2
; périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚 ; longueur du réseau
hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚 ; la pluie journalière décennale tirée du tableau n°3-5
vaut 𝑃10 = 88,97 𝑚𝑚
 Détermination des caractéristiques physiques complémentaires
• L’indice de compacité
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282. 𝑃. 𝑆−1/2
Avec 𝑃 le périmètre du bassin en 𝑘𝑚
𝑆 la superficie du bassin en 𝑘𝑚2
⇒ 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282 × 41,39 × (47,479)−1/2
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 1,6939
• La longueur du rectangle équivalent
𝐿 = 𝑆
1
2. (𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 1,128⁄ ). [1 + (1 − (1,128 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝⁄ )
2
)
1
2
]
Avec 𝐿 exprimé en 𝑘𝑚, qui correspond à la longueur d’un rectangle ayant la même
superficie que celui du bassin versant.
𝑆 la superficie du bassin en 𝑘𝑚2
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 l’indice de compacité
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43
⇒ 𝐿 = (47,479)
1
2 × (1,6939 1,128⁄ ) × [1 + (1 − (1,128 1,6939⁄ )2)
1
2]
𝐿 = 18,07 𝑘𝑚
• L’indice global de pente
𝐼𝑔 =
𝐷
𝐿
Avec 𝐼𝑔 exprimé en 𝑚/𝑘𝑚 et qui caractérise le relief du bassin versant
𝐷 est la denivelé en 𝑚, entre les altitudes ayant respectivement 5% et 95% de la
superficie cumulée du bassin versant, comme indiqué sur la courbe hypsométrique de
la figure n°3-4 ci-avant.
𝐿 est la longueur du rectangle équivalent exprimé en 𝑘𝑚
⇒ 𝐼𝑔 =
440,57 − 340,77
18,07
𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚
• La densité de drainage
𝐷 𝑑 =
𝑙
𝑆
Avec 𝑙 la longueur totale du reseau hydrographique exprimée en 𝑘𝑚
𝑆 la superficie du bassin versant en 𝑘𝑚2
⇒ 𝐷 𝑑 =
63,975
47,479
𝐷 𝑑 = 1,35 𝑘𝑚/𝑘𝑚2
• La classe d’infiltrabilité du bassin
Une visite de terrain nous a permis d’identifier des affleurements de roches granitiques
sur le bassin et ceci est confirmé sur la synthèse de la carte d’occupation des terres
du tableau n°3-7.
La période critique pour les ouvrages hydrauliques de rétablissement des écoulements
naturels correspond à la période de fortes pluviométries. En effet les pluies précédant
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44
les mois de fortes pluviométries [5] saturent le sol, rechargent les nappes, et donnent
lieu à des coefficients de ruissellement élevés qui ne sont souvent pas pris en compte.
Ainsi nous retenons pour le bassin la classe d’infiltrabilité 𝑰, c’est à dire un bassin
imperméable.
 Détermination des caractéristiques pluviométriques
• Le coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale
Il est déterminé par l’équation de Vuillaume :
𝐴 = 1 − [
(161 − 0,042. 𝑃̅𝑎𝑛)
1000
. 𝑙𝑜𝑔𝑆]
Avec 𝑆 la suprficie du bassin en 𝑘𝑚2
𝑃̅𝑎𝑛 la hauteur moyenne de la précipitation annuelle de la station météorologique
de Nouna tiré du tableau n°3-1,exprimée en 𝑚𝑚.
⇒ 𝐴 = 1 − [
(161 − 0,042 × 770,7)
1000
. 𝑙𝑜𝑔47,479]
𝐴 = 0,784
• Le coefficient de ruissellement
Le coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10 est calculé par interpolation linéaire entre 𝐾𝑟10
en 𝑃10 = 70 𝑚𝑚 et 𝐾𝑟10 en 𝑃10 = 100 𝑚𝑚, et aussi en fonction de la superficie 𝑆,de
l’indice global de pente 𝐼𝑔 et de la classe d’infiltrabilité 𝑰.
Avec une superficie 𝑆 du bassin versant supérieur à 10 𝑘𝑚2
la formule suivante est
applicable.
𝐾𝑟10(70) ou 𝐾𝑟10(100) =
𝑎
(𝑆+𝑏)
+ 𝑐
Les tableaux n°3-10 et n°3-11 présentent respectivement les paramètres 𝑎, 𝑏, 𝑐 de
l’équation permettant de déterminer 𝐾𝑟10(70) et 𝐾𝑟10(100) pour la zone sahelienne et
en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité.
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45
Tableau n°3-10 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓 𝟏𝟎(𝟕𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de
l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]
Caractéristiques 𝑎 𝑏 𝑐
Infiltrabilité 𝐼𝑔
𝐼
15 1455 33 21
7 1140 30 20
3 825 25 19
Tableau n°3-11 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓 𝟏𝟎(𝟏𝟎𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de
l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]
Caractéristiques 𝑎 𝑏 𝑐
Infiltrabilité 𝐼𝑔
𝐼
15 1833 38 24
7 1476 37 22
3 1125 32.5 20
Ainsi on a :
✓ Calcul de 𝐾𝑟10(70) en 𝑃10 = 70 𝑚𝑚
Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚,
𝐾𝑟10(70)1 =
1140
(47,479 + 30)
+ 20
𝐾𝑟10(70)1 = 34,71%
Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚,
𝐾𝑟10(70)2 =
825
(47,479 + 25)
+ 19
𝐾𝑟10(70)2 = 30,38%
Pour 𝐼𝑔 = 5.52 𝑚/𝑘𝑚 l’interpolation linéaire entre les valeurs de 𝐾𝑟10(70)1 et 𝐾𝑟10(70)2
donne 𝐾𝑟10(70) :
⇒ (7 − 3)(34,71 − 𝐾𝑟10(70)) = (7 − 5,52)(34,71 − 30,38)
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46
⇒ 𝐾𝑟10(70) = 34,71 −
(7 − 5,52)(34,71 − 30,38)
(7 − 4)
𝐾𝑟10(70) = 33,11%
✓ Calcul de 𝐾𝑟10(100) en 𝑃10 = 100 𝑚𝑚
Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚,
𝐾𝑟10(100)1 =
1476
(47,479 + 37)
+ 22
𝐾𝑟10(100)1 = 39,47%
Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚,
𝐾𝑟10(100)2 =
1125
(47,479 + 32,5)
+ 20
𝐾𝑟10(100)2 = 34,07%
Pour 𝐼𝑔 = 5.52 𝑚/𝑘𝑚 l’interpolation linéaire entre les valeurs de 𝐾𝑟10(100)1 et
𝐾𝑟10(100)2 donne 𝐾𝑟10(100):
⇒ (7 − 3)(39,47 − 𝐾𝑟10(100)) = (7 − 5,52)(39,47 − 34,07)
⇒ 𝐾𝑟10(100) = 39,47 −
(7 − 5,52)(39,47 − 34,07)
(7 − 4)
𝐾𝑟10(100) = 37,47%
✓ 𝐾𝑟10 en 𝑃10 = 88,97 𝑚𝑚, se calcule par interpolation linéaire entre les
valeurs de 𝐾𝑟10(70) et de 𝐾𝑟10(100)
⇒ (100 − 70)(37,47 − 𝐾𝑟10) = (100 − 88,97)(37,47 − 33,11)
⇒ 𝐾𝑟10 = 37,47 −
(100 − 88,97)(37,47 − 33,11)
100 − 70
𝐾𝑟10 = 35,87%
Le pourcentage des terres cultivées, de 40,37% de la superficie du bassin versant (cf.
tableau n°3-7) conduit à majorer le 𝐾𝑟10 de 20% [6]. 𝐾𝑟10 devient alors :
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47
𝐾𝑟10 = 1,20 × 35,87
Soit 𝐾𝑟10 = 43,04%
• Le temps de base
Le temps de base 𝑇𝑏10 se calcule par interpolation lineaire entre les valeurs de l’indice
global de pente encadrant l’indice de pente du bassin, et ce, en fonction de la superficie
𝑆 du bassin versant. Ainsi :
✓ Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚 et 𝑆 > 7 𝑘𝑚2
𝑇𝑏10(1) = 250. 𝑆0,35
+ 300
⇒ 𝑇𝑏10(1) = 250 × 47,4790,35
+ 300
𝑇𝑏10(1) = 1265,42 𝑚𝑛
✓ Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚 et 𝑆 > 6 𝑘𝑚2
𝑇𝑏10(2) = 126. 𝑆0,35
+ 100
⇒ 𝑇𝑏10(2) = 126 × 47,4790,35
+ 100
𝑇𝑏10(2) = 586,57 𝑚𝑛
✓ Le temps de base correspondant à 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 vaut alors :
⇒ (7 − 3)(586,57 − 𝑇𝑏10) = (7 − 5,52)(586,57 − 1265,42)
⇒ 𝑇𝑏10 = 586,57 −
(7 − 5,52)(586,57 − 1265,42)
7 − 3
𝑇𝑏10 = 837,74 𝑚𝑛
• Le coefficient 𝑚 est déterminé compte tenue de l’écoulement retardé qui
parvient à l’exutoire. Pour un bassin de classe d’infiltrabilité 𝐼, le coefficient 𝑚
est pris égal à 1,03 [6]
• Le coefficient de pointe 𝛼10 est pris égal 2,4 qui doit toujours être inférieur à 2,6
Le débit décennal vaut alors :
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48
𝑄10 = 1,03 × 0,784 × 88,97 × 10−3
× 0,43 × 2,4 × 47,478 × 106
/837,74 × 60
𝑸 𝟏𝟎 = 𝟕𝟎, 𝟎𝟑 𝒎 𝟑
/𝒔
4.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH
La série des équations de régression citée à la section 2.4 du chapitre 1 est utilisée.
Les paramètres de ces équations à savoir la superficie 𝑆, l’indice de pente 𝐼𝑔, le
coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10, la pluie moyenne 𝑃𝑚10 sont déjà calculés dans la
section 4.1 ci-avant pour le bassin versant de l’ouvrage.
La superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2
; l’indice de pente 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 ; le coefficient de
ruissellement 𝐾𝑟10 = 43,04 % ; la pluie moyenne 𝑃𝑚10 = 𝐴. 𝑃10 = 0,784 × 88,97 =
69,75 𝑚𝑚
Les équations des régressions ont donné les résultats résumés dans le tableau n°3-
12 ci-dessous.
Tableau n°3-12 : calcul de 𝑸 𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage
OH128
N° Équation Résultat
1 𝑄10 = 0,0833 × 47,4790,696
× 5,520,953
× 43,040,534
𝑄10 = 46,46 𝑚3
/𝑠
2 𝑄10 = 0,095 × 47,4790,643
× 5,520,406
× 43,041,038
𝑄10 = 112,95 𝑚3
/𝑠
3 𝑄10 = 146 × 47,4790,479
× 69,75−0,969
× 43,040,457
𝑄10 = 84,66 𝑚3
/𝑠
4 𝑄10 = 0,254 × 47,4790,462
× 5,520,101
× 43,040,976
𝑄10 = 70,63 𝑚3
/𝑠
5 𝑄10 = 0,0912 × 47,4790,643
× 5,520,399
× 43,041,019
𝑄10 = 99,75 𝑚3
/𝑠
6 𝑄10 = 35600 × 47,4790,342
× 69,75−1,808
𝑄10 = 61,90 𝑚3
/𝑠
7 𝑄10 = 203 × 47,4790,459
× 69,75−1,301
× 43,040,813
𝑄10 = 101,60 𝑚3
/𝑠
8 𝑄10 = 22400 × 47,4790,363
× 5,520,059
× 69,75−1,808 𝑄10 = 60,27 𝑚3
/𝑠
La moyenne des résultats de ces régressions donne 𝑄10 = 79,78 𝑚3
/𝑠
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49
5. Etude hydrologique sur le bassin de l’ouvrage OH156
5.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM
L’exutoire du bassin est situé à 13°05’58,0406’’ de latitude nord et à 4°13’02,4310’’
de longitude ouest ; la méthode ORSTOM est alors applicable. La superficie du
bassin 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2
; le périmètre 𝑃 = 29,870 𝑘𝑚 ; la longueur du réseau
hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚. Un calcul similaire à celui de la section 4.1 a donné
les résultats regroupés dans le tableau 3-13 ci-dessous
Tableau 3-13 : paramètres de calcul du débit décennal 𝑸 𝟏𝟎 du bassin de l’ouvrage OH156
Paramètre Formule Résultat Commentaire
Indice de compacité
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝
𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282 × 29,870 × (33,629)−1/2
𝟏, 𝟒𝟓𝟐𝟓
Longueur du
rectangle équivalent
𝐿
𝐿 = (33,629)
1
2 × (1,4525 1,128⁄ ) × [1
+ (1
− (1,128 1,4525⁄ )2)
1
2]
𝟏𝟐, 𝟏𝟕 𝒌𝒎
Indice global des
pentes 𝐼𝑔
𝐼𝑔 =
422 − 341
12,17
𝟔, 𝟔𝟓 𝒎/ 𝒌𝒎
422 𝑚 et 341 𝑚 sont
tirés de la fig.3-8
Densité de drainage
𝐷 𝑑
𝐷 𝑑 =
79,753
33,629
𝟐, 𝟑𝟕 𝒌𝒎/ 𝒌𝒎 𝟐
Classe d’infiltrabilité 𝑰
Le bassin est
imperméable
Coefficient
d’abattement 𝐴
𝐴
= 1 − [
(161 − 0,042 × 770,7)
1000
. 𝑙𝑜𝑔33,629]
𝟎, 𝟖𝟎
Coefficient de
ruissellement 𝐾𝑟10
𝟒𝟎, 𝟓𝟖 %
Déterminé par 3
interpolations
linéaires
Temps de base 𝑇𝑏10 𝟕𝟔𝟏, 𝟔𝟑 𝒎𝒏
Par une
interpolation
linéaire ; réseau
hydrographique à
aspect radial ⇒
majoration de 𝑇𝑏10
de 30% [6]
Coefficient 𝑚 𝟏, 𝟎𝟑
Ecoulement retardé
pour un bassin
imperméable
Coefficient de pointe
𝛼10
𝟐, 𝟒
Le débit décennal vaut alors :
𝑄10 = 1,03 × 0,80 × 88,97 × 10−3
× 0,41 × 2,4 × 33,629 × 106
/761,63 × 60
𝑸 𝟏𝟎 = 𝟓𝟑, 𝟎𝟖 𝒎 𝟑
/𝒔
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50
5.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH
La superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2
; l’indice de pente 𝐼𝑔 = 6,65 𝑚/𝑘𝑚 ; le coefficient de
ruissellement 𝐾𝑟10 = 40,58 % ; la pluie moyenne 𝑃𝑚10 = 𝐴. 𝑃10 = 0,80 × 88,97 =
71,18 𝑚𝑚
Le tableau n°3-14 ci-dessous résume les résultats des équations de la régression
Tableau n°3-14 : calcul de 𝑸 𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage
OH156
N° Équation Résultat
1 𝑄10 = 0,0833 × 33,6290,696
× 6,650,953
× 40,580,534
𝑄10 = 42,29 𝑚3
/𝑠
2 𝑄10 = 0,095 × 33,6290,643
× 6,650,406
× 40,581,038
𝑄10 = 91,81 𝑚3
/𝑠
3 𝑄10 = 146 × 33,6290,479
× 71,18−0,969
× 40,580,457
𝑄10 = 68,50 𝑚3
/𝑠
4 𝑄10 = 0,254 × 33,6290,462
× 6,650,101
× 40,580,976
𝑄10 = 57,94 𝑚3
/𝑠
5 𝑄10 = 0,0912 × 33,6290,643
× 6,650,399
× 40,581,019
𝑄10 = 81,07 𝑚3
/𝑠
6 𝑄10 = 35600 × 33,6290,342
× 71,18−1,808
𝑄10 = 53,03 𝑚3
/𝑠
7 𝑄10 = 203 × 33,6290,459
× 71,18−1,301
× 40,580,813
𝑄10 = 80,52 𝑚3
/𝑠
8 𝑄10 = 22400 × 33,6290,363
× 6,650,059
× 71,18−1,808
𝑄10 = 51,89 𝑚3
/𝑠
Nous retenons également la moyenne qui est : 𝑄10 = 65,88 𝑚3
/𝑠
6. Estimation des débits de projet
Rappelons que le passage du débit décennal au débit de projet de période de retour
T se fait au moyen d’une relation linéaire de type : 𝑄 𝑇 = 𝐶 𝑇. 𝑄10. Le paramètre 𝐶 𝑇 est
un coefficient majorateur, supérieur à 1. Le tableau n°3-15 ci-après, synthétise le calcul
des coefficients 𝐶 𝑇 de passage au débit vingtennal, vicennal cinquantennal et
centennal, en application des relations de la section 2.5 du chapitre 1.
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51
Tableau n°3-15 : synthèse de calcul des coefficients majorateurs 𝑪 𝑻
Pour un débit décennal correspondant à un bassin versant donné, le débit de projet
de période de retour T, s’obtient par multiplication du coefficient CT de période de
retour T, par le débit décennal.
Compte tenu du fait que les ouvrages avaient été dimensionnés au débit décennal,
nous retenons les débits décennaux, comme débit de projet, pour la suite de nos
travaux.
7. Conclusion partielle
Les deux méthodes d’estimation des débits ont donné les résultats suivants :
Bassin du OH128 méthode ORSTOM, 𝑄10 = 70,03 𝑚3
/𝑠,methode CIEH, 𝑄10 =
79,78 𝑚3
/𝑠 ;
Bassin du OH156 méthode ORSTOM, 𝑄10 = 53,08 𝑚3
/𝑠,methode CIEH, 𝑄10 =
65,88 𝑚3
/𝑠 ;
Ainsi pour la vérification de la capacité des ouvrages, objet du chapitre suivant, nous
retenons une moyenne des débits des deux méthodes comme débit de projet, à savoir,
pour le OH128 𝑄10 = 74,91 𝑚3
/𝑠 et pour le OH156 𝑄10 = 59,48 𝑚3
/𝑠.
Bassins
versants
𝑇𝑏10
(heure)
𝐾𝑟10 𝑃10
(mm)
𝑃20
(mm)
𝑃25
(mm)
𝑃50
(mm)
𝑃100
(mm)
𝐶20 𝐶25 𝐶50 𝐶100
OH128 13,96 0,43 88,97 101,04 104,90 116,72 128,43 1,30 1,39 1,68 1,97
OH156 12,69 0,41 88,97 101,04 104,90 116,72 128,43 1,31 1,40 1,70 2,00
Juin 2018
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52
CHAPITRE 4 : ETUDE HYDRAULIQUE A L’EXUTOIRE DES BASSINS
VERSANTS
1. Introduction
L’étude hydraulique ou le dimensionnement hydraulique ou encore la conception
hydraulique, est à la base du calage de la hauteur de la route au droit d’un
franchissement. Une bonne conception hydraulique présente plusieurs avantages
parmi lesquels on peut citer, la diminution des coûts de construction de façon
appréciable, la réduction des problèmes hydrauliques à long terme tels que les
submersions de la chaussée, les érosions des talus de remblai…
Dans ce chapitre il sera question de vérifier la capacité hydraulique des ouvrages, avec
les débits de projet retenus, et si besoin est, de redimensionner ces ouvrages.
2. Rappel des caractéristiques géométriques des ouvrages
existants
Cas de l’ouvrage OH128
C’est un dalot de 4x3x2, dont la cote du radier se situe à 326,70 m, et la cote projet se
situant à l’altitude 329,65 m.
Cas de l’ouvrage OH156
Le OH156 est également un dalot en béton armé de 4x2x2. La cote radier se situe à
325,87 m d’altitude et la cote projet à 328,53 m.
Les figures n°4-1 et n°4-2 ci-après présentent les profils en travers de la route,
respectivement au droit de l’ouvrage OH128 et de l’ouvrage OH156.
Juin 2018
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53
Figure n°4-1 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH128 [4]
Juin 2018
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54
Figure n°4-2 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH156 [4]
Juin 2018
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55
3. Vérification de la capacité des ouvrages hydrauliques
3.1. Vérification de la capacité de l’ouvrage OH128
3.1.1.Détermination du régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage
Nous supposons que la pente du ruisseau à l’aval de l’ouvrage est égale à l’indice
global de pente du bassin versant soit 𝐼 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 = 0,00552 𝑚/𝑚. L’ouvrage
comportant 4 cellules, le débit unitaire transitant dans une cellule correspond à 𝑞 =
𝑄10
4
=
74,91
4
= 18,7275 𝑚3
/𝑠.
Nous assimilons le profil en travers du ruisseau, à l’aval immédiat d’une cellule, à une
section trapézoïdale représentée sur la figure n°4-3 ci-dessous, sur laquelle la pente
des talus est prise égale à 1/1 soit un fruit 𝑚 = 𝑐𝑜𝑡𝑔45° = 1
Figure n°4-3 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du OH128
 Calcul de la profondeur d’eau normale ℎ 𝑛
𝑄 = 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
√𝐼
⇒
𝑄
√𝐼
= 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
= 𝐷
La valeur de 𝐾 est tirée du tableau n°1-2. 𝐾 = 25 correspondant au coefficient de
rugosité de fossés trapézoïdaux enherbés.
𝑄
√𝐼
=
18,7275
√0,00552
= 252,0637
Le tableau n°4-1 ci-après permet par itération de calculer la hauteur normale ℎ 𝑛, qui
fait coïncider 𝐷 = 𝐾𝑆𝑅ℎ
2/3
≈ 𝟐𝟓𝟐, 𝟎𝟔𝟑𝟕
Juin 2018
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56
Tableau n°4-1 : calcul de la hauteur normale 𝒉 𝒏
ℎ 𝑛 𝑆 𝑃 𝑅ℎ 𝐷
1 4,4 6,228427 0,706438 87,25203
1,5 7,35 7,642641 0,961709 179,029
2 10,8 9,056854 1,192467 303,6183
1,75 9,0125 8,349747 1,079374 237,0827
1,8 9,36 8,491169 1,102322 249,7017
1,82 9,5004 8,547737 1,111452 254,8448
1,81 9,4301 8,519453 1,10689 252,2664
1,8092 9,424485 8,51719 1,106525 252,0607
Retenons ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚
 Calcul de la profondeur critique ℎ 𝑐
De la relation
𝑄2 𝑙
𝑔𝑆3 = 1
⇒
𝑄
√ 𝑔
= 𝑆√
𝑆
𝑙
= 𝐹
𝑄
√ 𝑔
=
18,7275
√9,81
= 5,97923059
Le tableau n°4-2 ci-dessous permet de calculer la hauteur critique ℎ 𝑐 pour laquelle
𝐹 = 𝑆√
𝑆
𝑙
≈ 𝟓, 𝟗𝟕𝟗𝟐𝟑𝟎𝟓𝟗
Tableau n°4-2 : calcul de la hauteur critique 𝒉 𝒄
ℎ 𝑐 𝑆 𝑙 𝑆/𝑙 𝐹
1 4,4 5,4 0,814815 3,971752
1,5 7,35 6,4 1,148438 7,87664
1,25 5,8125 5,9 0.985169 5,769238
1,255 5,842025 5,91 0,988498 5,808331
1,257 5,853849 5,914 0,989829 5,824003
1,259 5,865681 5,918 0,991159 5,839695
1,27 5,9309 5,94 0,998468 5,926355
1,277 5,972529 5,954 1,003112 5,981815
1,276 5,966576 5,952 1,002449 5,973877
Retenons ℎ 𝑐 = 1,28 𝑚
ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚 > ℎ 𝑐 = 1,28 𝑚
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57
Le régime à l’aval de l’ouvrage est donc fluvial ; l’ouvrage devrait être calé en régime
fluvial (cf. figure n°1-1).
3.1.2.Calage de l’ouvrage
Le coefficient de rugosité 𝐾 du dalot en béton armé est pris égal à 70 (cf. tableau n°1-
2) ; le fruit des talus 𝑚 = 0, car la section est rectangulaire ; l’ouverture d’une cellule
de dalot correspond à 𝑏 = 3 𝑚.
 Calcul de la hauteur d’eau critique 𝑦𝑐 dans l’ouvrage
𝑄
√ 𝑔
= 5,97923059
Le tableau n°4-3 ci-dessous permet le calcul de 𝑦𝑐 qui fait égaler la quantité 𝐹 = 𝑆√
𝑆
𝑙
à 5,97923059
Tableau n°4-3 : calcul de la hauteur d’eau critique 𝒚 𝒄
𝑦𝑐 𝑆 𝑙 𝑆/𝑙 𝐹
1 3 3 1 3
1,255 3,765 3 1,255 4,217808
1,5 4,5 3 1,5 5,511352
1,55 4,65 3 1,55 5,789203
1,58 4,74 3 1,58 5,958088
1,585 4,755 3 1,585 5,986392
Retenons 𝑦𝑐 = 1,58 𝑚
 Déterminons la hauteur d’eau normale 𝑦𝑛 dans l’ouvrage
L’ouvrage devant fonctionner en régime fluvial, la hauteur normale d’eau 𝑦𝑛 est :
𝑦𝑛 = 1,20𝑦𝑐 (cf. figure n°1-1)
Soit 𝑦𝑛 = 1,20 × 1,58
𝑦𝑛 = 1,90 𝑚
 Calcul de la vitesse d’écoulement de l’eau 𝑉 dans l’ouvrage
ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚 et 𝑦𝑛 = 1,90 𝑚.
⇒ 𝑦𝑛 > ℎ 𝑛 la hauteur d’eau à l’entrée de l’ouvrage 𝑦𝑒 = 𝑦𝑛 = 1,90 𝑚
Juin 2018
________________________________________
58
Connaissant 𝑦𝑒, et la largeur d’une cellule de dalot, la section mouillée équivalente
est :
𝑆 = 𝑦𝑒 × 3 = 1,90 × 3 soit 𝑆 = 5,7 𝑚2
La vitesse d’écoulement dans l’ouvrage vaut alors 𝑉 =
𝑄
𝑆
, avec 𝑄 le débit s’ecoulant à
travers une cellule.
𝑉 =
18,7275
5,7
⇒ 𝑉 = 3,28 𝑚/𝑠
 Calcul de la hauteur d’eau amont 𝐻 𝑎𝑚
La formule donnant 𝐻 𝑎𝑚 s’écrit :
𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑒 + (1 + 𝐾𝑒)
𝑉2
2𝑔
Le coefficient d’entonnement 𝐾𝑒 est pris égal à 0,5, correspondant à un ouvrage muni
de mur de tête, et de murs en aile (cf. tableau n°1-1).
⇒ 𝐻 𝑎𝑚 = 1,90 + (1 + 0,5)
3,282
2 × 9,81
𝐻 𝑎𝑚 = 2,72 𝑚
En prenant comme référence, la cote amont, à 327,14 (cf. figure n°4-1), la hauteur
d’eau amont atteint alors la cote 327,14 + 2,72 = 𝟑𝟐𝟗, 𝟖𝟔 qui est au-dessus de la cote
projet dont la valeur est 329,65 𝑚 d’altitude. La différence de cote donne une lame
d’eau d’environ 0,21 𝑚 au dessus de la chaussée, dans les conditions d’averse et de
coefficient de ruissellement définies au chapitre 3. L’estimation de la lame d’eau à
partir des laisses de crue, sur le terrain donne une hauteur d’environ 0,30 𝑚 au-dessus
de la ligne rouge et au droit de l’ouvrage.
Par ailleurs la hauteur normale d’eau dans l’ouvrage 𝑦𝑛 ne satisfait pas la condition
𝑦𝑛 ≤ 0,75 fois la hauteur de l’OH ; aussi on constate que la hauteur d’eau amont 𝐻 𝑎𝑚 >
1,20 fois la hauteur de l’ouvrage. Par conséquent les dimensions de l’ouvrage OH128
doivent être revisitées afin d’assurer à cet ouvrage et la route un bon fonctionnement
hydraulique.
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  • 1. MINISTERE DES INFRASTRUCTURES ------------------------- ECOLE NATIONALE DES TRAVAUX PUBLICS (ENTP) ------------------------- ANNEE ACADEMIQUE : 2017-2018 ------------------------- N° d’Ordre………………. BURKINA FASO Unité-Progrès-justice ------------------------- MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN MASTER THEME : ANALYSE DU FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE DE DEUX OUVRAGES COURAMMENT SUBMERGES, SUR LES TRONÇONS DE LA ROUTE NATIONALE N°14, NOUNA-DJIBASSO-FRONTIERE DU MALI ET PROPOSITION DE SOLUTIONS TECHNIQUES AUX PK 109+127 ET 117+514 Soutenu publiquement par KAGUEMBEGA Emmanuel R, le 28 Juin 2018 Pour l’obtention du diplôme D’INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE CIVIL Directeur de Mémoire BINGUIMATCHI Donatien Benoit, Ingénieur du Génie Rural COMPOSITION DU JURY Président Dr OUOBA Samuel, enseignant à UO-1-JKZ Membres BINGUIMATCHI Donatien Benoit, Ingénieur du Génie Rural KOTE Hamadou, Ingénieur en Génie Civil
  • 2. Juin 2018 ________________________________________ i DEDICACES Je dédie ce modeste travail à : − La mémoire de ma mère − Mon père M. KAGUEMBEGA Sibila Paul − Mon épouse et nos deux enfants
  • 3. Juin 2018 ________________________________________ ii REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, je voudrais exprimer ma profonde gratitude à M. Daouda YAMEOGO, Ingénieur en génie civil, pour m’avoir permis d’obtenir les données du projet, sans lesquelles ce travail n’aurait pas été possible ; Mes profonds remerciements vont particulièrement à l’endroit de mon Directeur de Mémoire, M. Donatien Benoit BINGUIMATCHI, qui malgré son agenda très chargé a accepté de m’encadrer durant cette période de sage ; Je tiens à remercier le Directeur Général de l’ENTP, pour son accompagnement durant notre séjour à l’école ; Je voudrais remercier également mes collègues de la Direction Régionale des Infrastructures de la Boucle du Mouhoun, pour leurs renseignements précieux, lors de notre visite de terrain ; Mes vifs remerciements s’adressent aussi, au Directeur de la Formation Initiale, au corps professoral et administratif de l’ENTP, pour la qualité de leur encadrement ; Mes remerciements vont enfin à toute personne, qui de près ou de loin, a contribué à la réalisation de ce mémoire de fin d’études.
  • 4. Juin 2018 ________________________________________ iii SIGLES ET ABREVIATIONS BCEOM : Bureau Central d’Etudes pour les Equipements d’Outre-Mer CIEH : Comité Interafricain d’Etudes Hydrauliques DEM : Digital Elevation Model GTAR : Guide Technique d’Assainissement Routier Ham : Hauteur d’eau en amont de l’ouvrage IGB : Institut Géographique du Burkina MCA : Millennium Challenge Account MNT : Modèle Numérique de Terrain NASA : National Aeronautics and Space Administration NGA : National Geospatial-Intelligence Agency OH128 : Ouvrage Hydraulique numéro 128 OH156 : Ouvrage Hydraulique numéro 156 ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer PK : Point Kilométrique RN14 : Route Nationale numéro 14 SIG : Système d’Information Géographique SRTM : Shuttle Radar Topography Mission UTM : Universal Transversal Mercator WGS 1984 : Wold Geodetic System 1984
  • 5. Juin 2018 ________________________________________ iv NOMENCLATURE Notation Significations Unités 𝑃̅𝑎𝑛 Pluie annuelle moyenne 𝑚𝑚 ℎ 𝑐 Hauteur critique d’eau à l’extérieur de l’ouvrage 𝑚 ℎ 𝑛 Hauteur normale d’eau à l’extérieur de l’ouvrage 𝑚 𝐶 𝑇 Coefficient permettant le passage du débit décennal au débit de projet de période de retour T 𝐷 𝑑 Densité de drainage 𝑘𝑚/𝑘𝑚2 𝐻 𝑎𝑚 Hauteur d’eau amont 𝑚 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 Indice de compacité 𝐾𝑒 Coefficient d’entonnement, fonction du type de l’entrée 𝐾𝑟10 Coefficient de ruissellement de la crue décennale pour les méthodes ORSTOM et CIEH 𝑃10 Hauteur de la pluie journalière décennale 𝑚𝑚 𝑃 𝑚10 Pluie journalière moyenne décennale 𝑚𝑚 𝑄10 Débit décennal pour les méthodes ORSTOM et CIEH 𝑚3 /𝑠 𝑄 𝑇 Débit de projet de période de retour T 𝑚3 /𝑠 𝑅ℎ Rayon hydraulique 𝑚 𝑇𝑏10 Temps de base de l’hydrogramme décennal 𝑠 𝑦𝑐 Hauteur critique d’eau à l’intérieur de l’ouvrage 𝑚 𝑦𝑒 Hauteur d’eau à l’entrée de l’ouvrage 𝑚 𝑦𝑛 Hauteur normale d’eau à l’intérieur de l’ouvrage 𝑚 𝛼10 Coefficient de pointe de la crue décennale 𝐴 Coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale ; Superficie du bassin versant pour la méthode rationnelle ; Superficie du bassin versant pour la méthode de Caquot ; 𝑘𝑚2 ℎ𝑎 𝐶 Coefficient de ruissellement de la méthode rationnelle ; Coefficient de ruissellement de la méthode de Caquot ; 𝐼 Intensité de l’averse pour la méthode rationnelle ; Pente hydraulique de l’ouvrage ; 𝑚𝑚/ℎ 𝑚/𝑚 𝐼𝑔 Indice global de pente 𝑚/𝑘𝑚 𝐽 Pente moyenne du bassin pour la formule de Caquot 𝑚/𝑚 𝐾 Coefficient de rugosité des ouvrages d’assainissement ; Coefficient dépendant de la fréquence de la crue étudiée dans la méthode de Caquot ; 𝐿 Longueur du rectangle équivalent 𝑘𝑚 𝑃 Périmètre mouillé 𝑚 𝑄 Débit de la méthode rationnelle ; Débit de la méthode de Caquot ; 𝑚3 /𝑠 𝑙/𝑠 𝑆 Superficie du bassin versant pour les méthodes ORSTOM et CIEH ; Section mouillée de l’ouvrage ; 𝑘𝑚2 𝑚2 𝑉 Vitesse d’écoulement de l’eau dans l’ouvrage 𝑚/𝑠 𝑔 Accélération de la pesanteur 𝑚/𝑠2 𝑙 Largeur au miroir 𝑚 𝑚 Coefficient prenant en compte l’écoulement retardé
  • 6. Juin 2018 ________________________________________ v AVANT-PROPOS L’Ecole Nationale des Travaux Publics (ENTP) est un établissement public relevant du Ministère des Infrastructures. Elle a pour mission le renforcement des capacités professionnelles des acteurs publics et privés du secteur des infrastructures, des transports, de l’urbanisme et de l’habitat. Située à Gounghin, secteur 09, Avenue Kadiogo, Porte 1460, l’école a été créée en 1970 sous le nom de Centre de Formation et de Perfectionnement des Travaux Publics (CFP-TP). Le 16 janvier 2008, le Centre de Formation et de Perfectionnement des Travaux Publics est devenu un Etablissement Public à caractère Administratif (EPA) sous le nom d’Ecole de Formation et de Perfectionnement des Travaux Publics (EFP-TP). L’école propose dans ses filières, une offre de formation très variée dont la formation initiale, la formation continue et l’assistance technique. La formation initiale se compose du Génie Civil, du Génie Mécanique, du Transport et de l’Aménagement foncier. En 2011, l’école a ouvert un cycle de formation des Ingénieurs dont la formation dure 30 mois. A l’issue de cette formation un mémoire de fin d’étude doit être réalisé par l’étudiant en vue de l’obtention du diplôme. C’est dans ce sens que ce présent projet de fin d’études intitulé, « Analyse du fonctionnement hydraulique de deux ouvrages couramment submergés, sur les tronçons de la route nationale n°14, Nouna-Djibasso-Frontière du Mali et proposition de solutions techniques, au PK 109+127 et 117+514 » nous a été proposé. Ainsi, après avoir présenté la localisation des ouvrages hydrauliques, nous délimiterons les bassins versants drainés par ces ouvrages. Ensuite nous estimerons les débits de projet transitant à travers ces ouvrages. Ces débits sont alors utilisés pour vérifier la capacité hydraulique des ouvrages, ce qui nous permettra de conclure sur la conduite à tenir.
  • 7. Juin 2018 ________________________________________ vi RESUME Ce présent mémoire de fin d’études est relatif à l’analyse de la section hydraulique de deux ouvrages qui sont fréquemment submergés, sur la route nationale n°14, plus précisément sur les tronçons Nouna-Djibasso-Frontière du Mali. Cela à consister à la délimitation des bassins versants drainés par ces ouvrages hydrauliques, en utilisant un logiciel de SIG et des données SRTM. C’est ainsi que l’on a trouvé les caractéristiques physiques suivantes : pour le bassin de l’ouvrage OH128, la superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2 , le périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚, la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚, l’indice global de pente 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚. En ce qui concerne le bassin de l’ouvrage OH156, la superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2 , le périmètre 𝑃 = 29,870 𝑘𝑚, la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚 et l’indice global de pente 𝐼𝑔 = 6,65 𝑚/𝑘𝑚. Ensuite les débits engendrés par les bassins versants ont été estimés au moyen des méthodes ORSTOM et CIEH, en utilisant des données pluviométriques fournies par la station météorologique de Nouna. C’est alors que l’on a estimé le débit drainé par l’ouvrage OH128 à 𝑄10 = 74,91 𝑚3 /𝑠, et celui drainé par l’ouvrage OH156 à 𝑄10 = 59,48 𝑚3 /𝑠. Ainsi la capacité des ouvrages a pu être vérifiée à l’aide de la méthode GTAR ou la méthode du régime à l’aval de l’ouvrage. On a donc trouvé que la hauteur d’eau amont de l’ouvrage OH128 atteint la cote 329,91 m, contre une cote de la ligne rouge de 329,65 m. Pour le cas de l’ouvrage OH156, la hauteur d’eau amont atteint la cote 329,62 m contre une cote projet de 328,53 m. Les sections hydrauliques sont alors jugées insuffisantes, et une proposition de redimensionnement a été faite, conduisant à des ajouts de cellules de dalot à ces ouvrages. Nous avons proposé l’ajout de 3 cellules de dalot de 3x2 à l’ouvrage OH128, abaissant ainsi la hauteur d’eau amont à la cote 328,58 m, et l’ajout de 4 cellules de 2x2 à l’ouvrage OH156 dont la cote d’eau amont atteint maintenant la cote 327,80. Mots clés : ouvrages hydrauliques, section hydraulique, bassins versants, dimensionnement hydraulique.
  • 8. Juin 2018 ________________________________________ vii ABSTRACT This final dissertation is related to the analysis of the hydraulic section of two structures that are frequently submerged, on the national road n ° 14, more precisely on the Nouna-Djibasso-Mali border sections. This consists of delineating watersheds drained by these hydraulic structures, using GIS software and SRTM data. Thus, the following physical characteristics were found: for the basin of the structure OH128, the area S = 47.479 km2, the perimeter P = 41.39 km, the length of the hydrographic network l = 63.975 km, the overall slope index Ig = 5.52 m / km. With regard to the OH156 basin, the area S = 33.629 km2, the perimeter P = 29.870 km, the length of the hydrographic network l = 79.753 km and the overall index of slope Ig = 6.65 m / km. Then watershed flow rates were estimated using the ORSTOM and CIEH methods, using rainfall data provided by the Nouna meteorological station. It was then that the flow rate drained by the structure OH128 was estimated at Q10 = 74.91 m3 / s, and that drained by the structure OH156 at Q10 = 59.48 m3 / s. Thus, the capacity of the structures could be verified using the GTAR method or the downstream scheme method of the structure. It has therefore been found that the upstream water level of the OH128 structure reaches a height of 329.91 m against a red line of 329.65 m. For the case of the OH156 structure, the upstream water level reaches 329.62 m against a project dimension of 328.53 m. The hydraulic sections are then considered insufficient, and a resizing proposal has been made, leading to additions of scuppers cells to these structures. We proposed the addition of 3 3x2 scupper cells to the OH128 structure, thus lowering the upstream water level to 328.58m, and the addition of 4 2x2 cells to the OH156 structure. The upstream water level now reaches 327.80. Key words: hydraulic structures, hydraulic section, watersheds, hydraulic sizing.
  • 9. Juin 2018 ________________________________________ viii LISTE DES FIGURES Figure n°1-1 : démarche pour le dimensionnement hydraulique [7] .................................. 10 Figure n°1-2 : section courante des ruisseaux à prendre en compte ................................ 13 Figure n°2-1 : carte montrant la localisation des deux ouvrages........................................ 16 Figure n°2-2 : vue de profil de l’ouvrage OH128 ...................................................................... 17 Figure n°2-3 : vue de profil de l’ouvrage OH156 ...................................................................... 18 Figure n°2-4 : Submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1] ........................... 19 Figure n°2-5 : dégradations causées par la submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1] .......................................................................................................................... 19 Figure n°2-6 : dégradation causée par la submersion de l’ouvrage OH156 en Août 2014 [c].......................................................................................................................................................... 20 Figure n°3-1 : corrélation entre les données de la station de Nouna et celles de Dédougou ........................................................................................................................................... 24 Figure n°3-2 : bassin versant de l’ouvrage OH128 et son réseau hydrographique........ 29 Figure n°3-3 : carte hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128.................... 31 Figure n°3-4 : Courbe hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128 ............... 32 Figure n°3-5 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128................... 33 Figure n°3-6 : Bassin versant de l’ouvrage OH156 et le réseau hydrographique........... 35 Figure n°3-7 : carte hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156................................... 37 Figure n°3-8 : courbe hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156 ............................... 38 Figure n°3-9 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156................... 39 Figure n°3-10 : carte montrant l’emplacement des deux bassins versants et la portion de la RN14 .......................................................................................................................................... 41 Figure n°4-1 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH128 [4] .......................................... 53 Figure n°4-2 : profil en travers au droit de l’ouvrage OH156 [4] .......................................... 54 Figure n°4-3 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du OH128 .................................................................................................................................................. 55 Figure n°4-4 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du OH156 .................................................................................................................................................. 59 Figure n°4-5 : schéma du niveau atteint par la ligne d’eau dans l’ouvrage OH128........ 70 Figure n°4-6 : schéma du niveau atteint par la ligne d’eau dans l’ouvrage OH156........ 70
  • 10. Juin 2018 ________________________________________ ix LISTE DES TABLEAUX Tableau n°1-1 : coefficient d’entonnement 𝑲𝒆 en fonction du type d’entrée de l’eau dans l’ouvrage [7]............................................................................................................................... 9 Tableau n°1-2 : coefficient de rugosité 𝑲 des ouvrages d’assainissement [7]................ 12 Tableau n°3-1 : pluviométrie moyenne mensuelle sur 70 ans [2]........................................ 22 Tableau n°3-2 : pluie maximale journalière des stations de Dédougou et de Nouna [2] ............................................................................................................................................................... 23 Tableau n°3-3 : relation liant la pluie journalière 𝑷𝑻, l’écart type 𝝈,et la moyenne 𝑷 [5]25 Tableau n°3-4 : paramètres statistiques d’ajustement de la station de Nouna ............... 26 Tableau n°3-5 : pluie journalière de diverses périodes de retour de la station de Nouna ............................................................................................................................................................... 26 Tableau n°3-6 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin versant de l’ouvrage OH128 .......................................................................................................... 32 Tableau n°3-7 : synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128 .................................................................................................................................................. 34 Tableau n°3-8 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin de l’ouvrage OH156 ............................................................................................................................... 38 Tableau n°3-9 : Synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156 .................................................................................................................................................. 40 Tableau n°3-10 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓𝟏𝟎(𝟕𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]................................ 45 Tableau n°3-11 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓𝟏𝟎(𝟏𝟎𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6]................................ 45 Tableau n°3-12 : calcul de 𝑸𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage OH128 ............................................................................................................................... 48 Tableau 3-13 : paramètres de calcul du débit décennal 𝑸𝟏𝟎 du bassin de l’ouvrage OH156 .................................................................................................................................................. 49 Tableau n°3-14 : calcul de 𝑸𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage OH156 ............................................................................................................................... 50 Tableau n°3-15 : synthèse de calcul des coefficients majorateurs 𝑪𝑻 .............................. 51 Tableau n°4-1 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 56 Tableau n°4-2 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 56 Tableau n°4-3 : calcul de la hauteur d’eau critique 𝒚𝒄............................................................ 57 Tableau n°4-4 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 59 Tableau n°4-5 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 60 Tableau n°4-6 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄....................................................................... 61 Tableau n°4-7 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏 ..................................................................... 64 Tableau n°4-8 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄....................................................................... 64
  • 11. Juin 2018 ________________________________________ x Tableau n°4-9 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄....................................................................... 65 Tableau n°4-10 : calcul de la hauteur normale 𝒉𝒏................................................................... 67 Tableau n°4-11 : calcul de la hauteur critique 𝒉𝒄..................................................................... 68 Tableau n°4-12 : calcul de la hauteur critique 𝒚𝒄..................................................................... 68 Tableau n°5-1 : résultats des études hydrologique et hydraulique comparativement aux résultats du rapport hydraulique de l’ouvrage OH128 ................................................... 72 Tableau n°5-2 : résultats des études hydrologique et hydraulique comparativement aux résultats du rapport hydraulique de l’ouvrage OH156 ................................................... 73
  • 12. Juin 2018 ________________________________________ xi TABLE DES MATIERES DEDICACES........................................................................................................................................... i REMERCIEMENTS...............................................................................................................................ii SIGLES ET ABREVIATIONS..............................................................................................................iii NOMENCLATURE ...............................................................................................................................iv AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................v RESUME................................................................................................................................................vi ABSTRACT...........................................................................................................................................vii LISTE DES FIGURES........................................................................................................................viii LISTE DES TABLEAUX.......................................................................................................................ix TABLE DES MATIERES .....................................................................................................................xi INTRODUCTION GENERALE............................................................................................................ 1 CHAPITRE 1 : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE .................................................................................. 4 1. Introduction.................................................................................................................................. 4 2. Les méthodes d’estimation des débits................................................................................. 4 2.1. La méthode rationnelle ............................................................................................................ 4 2.2. La méthode de Caquot ............................................................................................................ 5 2.3. La méthode ORSTOM ou méthode de RODIER AUVRAY ............................................... 5 2.4. La méthode CIEH ..................................................................................................................... 6 2.5. Le passage de la crue décennale à la crue de projet ......................................................... 7 3. Les méthodes de dimensionnement hydraulique des ouvrages................................... 8 3.1. La méthodologie du régime à l’aval de l’ouvrage ................................................................ 9 3.2. Méthodologie de calcul des hauteurs d’eau normale et critique ..................................... 11 4. Conclusion partielle................................................................................................................. 13 CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU PROJET ROUTIER ET ETAT DES LIEUX DES OUVRAGES ........................................................................................................................................ 14 1. Introduction................................................................................................................................ 14 2. Présentation du projet et contexte général de l’étude ................................................... 14 3. Localisation des ouvrages..................................................................................................... 15 4. Présentation des ouvrages.................................................................................................... 16 4.1. Présentation de l’ouvrage OH128........................................................................................ 16 4.2. Présentation de l’ouvrage OH156........................................................................................ 17 5. Etat des lieux des ouvrages .................................................................................................. 18 5.1. Ouvrage OH128...................................................................................................................... 18 5.2. Ouvrage OH156...................................................................................................................... 20
  • 13. Juin 2018 ________________________________________ xii 6. Hypothèses possibles de la submersion des ouvrages ................................................ 20 7. Conclusion partielle................................................................................................................. 21 CHAPITRE 3 : ETUDE HYDROLOGIQUE SUR LES BASSINS VERSANTS INTERCEPTANT LA ROUTE ........................................................................................................... 22 1. Introduction................................................................................................................................ 22 2. Collecte et analyse des données pluviométriques.......................................................... 22 2.1. Les données pluviométriques............................................................................................... 22 2.2. Etude de la distribution statistique fréquentielle de la pluie journalière ......................... 23 3. Détermination des caractéristiques physiques des bassins versants ...................... 26 3.1. Les données de base............................................................................................................. 26 3.2. Les outils utilisés..................................................................................................................... 27 3.3. La méthodologie ..................................................................................................................... 27 3.4. Résultats du traitement pour le bassin versant drainé par l’ouvrage OH128................ 28 3.5. Résultats du bassin versant interceptant la route au droit de l’ouvrage OH156........... 34 4. Etude hydrologique sur le bassin versant de l’ouvrage OH128 .................................. 42 4.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM ................................................. 42 4.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH ......................................................... 48 5. Etude hydrologique sur le bassin de l’ouvrage OH156.................................................. 49 5.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM ................................................. 49 5.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH ......................................................... 50 6. Estimation des débits de projet............................................................................................ 50 7. Conclusion partielle................................................................................................................. 51 CHAPITRE 4 : ETUDE HYDRAULIQUE A L’EXUTOIRE DES BASSINS VERSANTS.......... 52 1. Introduction................................................................................................................................ 52 2. Rappel des caractéristiques géométriques des ouvrages existants.......................... 52 3. Vérification de la capacité des ouvrages hydrauliques ................................................. 55 3.1. Vérification de la capacité de l’ouvrage OH128................................................................. 55 3.1.1. Détermination du régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage ...................................... 55 3.1.2. Calage de l’ouvrage ........................................................................................................... 57 3.2. Vérification de la capacité hydraulique de l’ouvrage OH156 ........................................... 59 3.2.1. Le régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage................................................................ 59 3.2.2. Calage de l’ouvrage ........................................................................................................... 60 4. Proposition de redimensionnement des ouvrages ......................................................... 62 4.1. Cas de l’ouvrage OH128 ....................................................................................................... 62 4.2. Cas de l’ouvrage OH156 ....................................................................................................... 66
  • 14. Juin 2018 ________________________________________ xiii 5. Conclusion partielle................................................................................................................. 71 CHAPITRE 5 : ANALYSE DES RESULTATS DES ETUDES HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUE ET PROPOSITION DES SOLUTIONS TECHNIQUES .................................. 72 1. Introduction................................................................................................................................ 72 2. Analyse des résultats des études hydrologique et hydraulique ................................. 72 3. Proposition de solutions techniques.................................................................................. 74 4. Conclusion partielle................................................................................................................. 75 SUGGESTIONS ET RECOMMANDATIONS................................................................................. 76 CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................. 77 BIBLIOGRAPHIE................................................................................................................................ 78
  • 15. Juin 2018 ________________________________________ 1 INTRODUCTION GENERALE A peine réceptionnés le 31 Mai 2014, les tronçons de la route nationale n°14, Dédougou-Nouna-Djibasso-Frontière du Mali, connaissent une dégradation précoce. C’est le titre de plusieurs journaux de la place, dont le journal sidwaya [c] paru le 27 Août 2014 qui y mentionne : « Route Dédougou-Nouna-Frontière du Mali : une partie du tronçon se dégrade ». Cette dégradation se situe au PK 117+514 dans le village de Bouakuy, où une submersion de l’ouvrage OH156 a entrainé une érosion des talus de remblai. Le 09 Septembre 2015, alors qu’il n’a pas plu à Djibasso, on a assisté à une venue d’eau au PK 109+127 [1], à l’entrée de Djibasso, submergeant l’ouvrage OH128, et entrainant une rupture du trafic routier pendant plus de 3 heures. En effet la récurrence de la submersion de ces ouvrages a conduit le Ministère des Infrastructures, à travers la Direction Générale de l’Entretien Routier, à entreprendre l’ajout de cellules de Dalot à ces ouvrages afin améliorer leur fonctionnement hydraulique. Mais est-ce une solution durable ? A quel niveau se pose le problème ? Quelle(s) serai(en)t la(les) solution(s) durable(s) ? C’est pour répondre à ces questions que nous, étudiants en fin de cycle de Master avons choisi pour thème « Analyse du fonctionnement hydraulique de deux ouvrages couramment submergés, sur les tronçons de la route nationale n°14, Nouna-Djibasso-Frontière du Mali et proposition de solutions techniques, au PK 109+127 et 117+514 » Objectif général L’objectif général est d’analyser le fonctionnement hydraulique des ouvrages OH128 et OH156 et de proposer des solutions techniques. Objectifs spécifiques Les objectifs spécifiques sont entre autres : − Faire des études hydrologiques sur les bassins versants drainés par les deux ouvrages ;
  • 16. Juin 2018 ________________________________________ 2 − Faire des études hydrauliques au droit des ouvrages hydrauliques OH128 et OH156 ; − Faire une analyse des résultats des études hydrologique et hydraulique et proposer des solutions techniques Résultats attendus Il est attendu, les résultats suivants : − Les caractéristiques physiques des bassins versants sont déterminées − Les débits de projet sont calculés et comparés aux débits ayant permis de dimensionner les dalots ; − La capacité d’évacuation des ouvrages existants est évaluée vis-à-vis des débits calculés ; − Des solutions techniques sont proposées pour permettre un bon fonctionnement des deux ouvrages ; − Des suggestions et recommandations sont proposées. Méthodologie − La recherche bibliographique Une recherche bibliographique a été réalisée sur les différents aspects du thème, à savoir sur : les études hydrologiques, les études hydrauliques, la caractérisation des bassins versants, les dossiers relatifs au projet routier. − Les visites de terrain et les enquêtes auprès des riverains Un séjour de 3 jours sur le terrain a été nécessaire ; ces visites de terrains ont permis de faire des mesures, de s’entretenir avec les riverains de la route. − L’apprentissage du logiciel ArGis Afin de délimiter les bassins versants, de déterminer leurs caractéristiques, et de manipuler l’information géographique, il a été nécessaire de suivre une formation pour une prise en main du logiciel ArcGis. A partir de toutes ces considérations, nous allons développer 5 parties pour traiter les questions que soulève le thème : nous aborderons dans un premier temps, la revue
  • 17. Juin 2018 ________________________________________ 3 bibliographique, qui fait le point des méthodes d’estimation des débits et de dimensionnement des ouvrages hydrauliques ; la deuxième partie présente le projet routier et l’état des lieux des ouvrages existants ; nous ferons ensuite l’étude hydrologique sur les bassins versants drainés par les ouvrages ; puis viendra l’étude hydraulique à l’exutoire des bassins versants ; enfin nous ferons une analyse des résultats des études hydrologique et hydraulique, en vue de proposer de solutions techniques. Nous terminerons donc par des suggestions-recommandations et une conclusion générale.
  • 18. Juin 2018 ________________________________________ 4 CHAPITRE 1 : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 1. Introduction Les études hydrologiques et hydrauliques occupent une place importante dans la construction des infrastructures routières. En effet ce sont les études hydrologiques qui permettent d’estimer les débits drainés par un cours d’eau au droit du franchissement. Quant aux études hydrauliques elles permettent le dimensionnement hydraulique des ouvrages et le calage de la ligne rouge afin de mettre l’ouvrage hors d’eau. Les lignes qui suivent font ressortir l’éventail des ouvrages consultés, abordant la question des études hydrologiques et hydrauliques. 2. Les méthodes d’estimation des débits Au Burkina Faso les principales méthodes usitées pour l’estimation des débits d’apport des bassins versants sont les suivantes : 2.1. La méthode rationnelle Cette méthode est applicable aux petits bassins dont la superficie ne dépasse pas 4 km2 [5], et disposant de données de la pluie journalière relevées au pluviographe. La formule du débit s’écrit : 𝑄 = 0,278𝐶𝐼𝐴 Où 𝑄 est le debit à l’exutoire du bassin versant en 𝑚3 /𝑠 ; 𝐶 est le coefficient de ruissellement supposé uniforme sur le bassin versant considéré pendant la durée de l’averse ; 𝐼 est l’intensité de l’averse exprimée en 𝑚𝑚/ℎ ; 𝐴 est la superficie du bassin versant exprimée en 𝑘𝑚2 ; La méthode rationnelle est également utilisée pour estimer les débits des impluviums, en vue du dimensionnement des réseaux d’assainissement des plates formes routières.
  • 19. Juin 2018 ________________________________________ 5 2.2. La méthode de Caquot La méthode de Caquot permet l’estimation du débit maximal d’un bassin versant urbanisé [5], en tenant compte de la capacité de stockage du réseau d’égouts. La formule de Caquot s’énonce comme suit : 𝑄 = 𝐾. 𝐽 𝑚 . 𝐶 𝑛 . 𝐴 𝑝 Avec 𝑄 le débit en 𝑙/𝑠 ; 𝐾 est un coefficient dependant de la fréquence de la crue étudiée ; 𝐶 est le coefficient de ruissellement ; 𝐴, la superficie du bassin versant en ℎ𝑎 ; 𝐽 est la pente moyenne du bassin versant en 𝑚/𝑚 ; 𝑚, 𝑛, 𝑝 sont des coefficients dépendant de la zone d’étude. Pour la zone Sahélo-Soudanienne, la formule proposée est : 𝑄10 = 850. 𝐽0,20 . 𝐶1,11 . 𝐴0,80 Cette formule est très limitée au point de vue application du fait qu’elle n’est valable que pour une zone restreinte. 2.3. La méthode ORSTOM ou méthode de RODIER AUVRAY La zone d’application de cette méthode [6] s’étend entre 2° et 20° de latitude nord, et entre 16° de Longitude ouest et 24° de longitude est. Méthode existant depuis les années 1965, elle a été révisée par RODIER en 1988. La méthode permet d’estimer le débit décennal et s’applique aux bassins versants dont la superficie s’étend de quelques dizaines d’hectares à plus de 1500 km2. Ainsi pour les bassins dont la superficie dépasse 120 km2 et surtout ceux dépassant 350 km2, il est recommandé de prendre seulement en considération la partie aval, pour l’estimation de la crue, qui est susceptible de générer un écoulement à l’exutoire. La formule du débit décennal s’écrit alors : 𝑄10 = 𝑚. 𝐴. 𝑃10. 𝐾𝑟10. 𝛼10. 𝑆/𝑇𝑏10 Avec :
  • 20. Juin 2018 ________________________________________ 6 𝑄10: le débit décennal en 𝑚3 /𝑠 ; 𝑚 : un coefficient prenant en compte l’écoulement retardé ; 𝐴 : le coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale ; 𝑃10 : la hauteur de la pluie journalière de fréquence décennale exprimée en m ; 𝐾𝑟10: le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale en fraction ; 𝛼10: le coefficient de pointe correspondant à la crue décennale ; 𝑆: la superficie du bassin versant en m2 ; 𝑇𝑏10: le temps de base de l’hydrogramme décennal en s ; Les termes 𝐴 ; 𝐾𝑟10 et 𝑇𝑏10 peuvent etre determinés à l’aide d’abaques comme à l’aide de formules. 2.4. La méthode CIEH Cette méthode a la même zone d’application que celle de la méthode ORSTOM. C’est une méthode statistique élaborée en 1983 par Puech et Chabi-Gonni [6], sur des bassins expérimentaux. La formule générale du débit de pointe décennal est : 𝑄10 = 𝑎. 𝑆 𝑠 . 𝑃̅𝑎𝑛 𝑝 . 𝐼𝑔 𝑖 . 𝐾𝑟10 𝑘 . 𝐷 𝑑 𝑑 … Avec :𝑎,𝑠, 𝑝, 𝑖,𝑘,𝑑 des coefficients à déterminer ; 𝑆 : la superficie du bassin versant en 𝑘𝑚2 ; 𝐼𝑔 : l’indice global de pente en 𝑚/𝑘𝑚 ; 𝑃̅𝑎𝑛 : la pluie annuelle moyenne en 𝑚𝑚 ; 𝐾𝑟10 : le coefficient de ruissellement décennal en pourcentage ; 𝐷 𝑑 : la densité de drainage en 𝑘𝑚/𝑘𝑚2 ; La détermination des coefficients ci-dessus mentionnés se fait par une régression linéaire multiple, qui a permis d’expliquer la corrélation des paramètres physiques, en fonction de la zone climatique. Une quarantaine de régressions a été retenue et regroupée en fonction, des découpages climatiques, des régions ou groupe de pays.
  • 21. Juin 2018 ________________________________________ 7 Dans le cadre de notre étude, et pour le groupe de pays auquel appartient le Burkina Faso, nous avons sélectionné les régressions ou les équations, donnant une valeur élevée de 𝑟2 , avec 𝑟 le coefficient de corrélation de la régression. Ainsi 8 équations de calcul de 𝑄10 ont été retenues. 𝑄10 = 0,0833. 𝑆0,696 . 𝐼𝑔 0,953 . 𝐾𝑟10 0,534 (1) 𝑄10 = 0,095. 𝑆0,643 . 𝐼𝑔 0,406 . 𝐾𝑟10 1,038 (2) 𝑄10 = 146. 𝑆0,479 . 𝑃𝑚10 −0,969 . 𝐾𝑟10 0,457 (3) 𝑄10 = 0,254. 𝑆0,462 . 𝐼𝑔 0,101 . 𝐾𝑟10 0,976 (4) 𝑄10 = 0,0912. 𝑆0,643 . 𝐼𝑔 0,399 . 𝐾𝑟10 1,019 (5) 𝑄10 = 35600. 𝑆0,342 . 𝑃𝑚10 −1,808 (6) 𝑄10 = 203. 𝑆0,459 . 𝑃𝑚10 −1,301 . 𝐾𝑟10 0,813 (7) 𝑄10 = 22400. 𝑆0,363 . 𝐼𝑔 0,059 . 𝑃𝑚10 −1,808 (8) Une analyse comparative des résultats de ces différentes équations permet de conclure sur le débit de pointe décennal à retenir. 2.5. Le passage de la crue décennale à la crue de projet Le débit de projet se définit comme étant le débit de pointe pour une période de retour donnée, dimensionnant l’ouvrage hydraulique [7]. La plupart des méthodes permettant le passage de la crue décennale à la crue de projet, est d’une relation linéaire de type 𝑄 𝑇 = 𝐶 𝑇. 𝑄10 Avec 𝑄 𝑇 le débit de projet de période de retour 𝑇 ; 𝐶 𝑇 un coefficient majorateur supérieur à 1 ; 𝑄10 le débit décennal ; Pour le passage du débit décennal au débit centennal, la formule suivante est admise [6].
  • 22. Juin 2018 ________________________________________ 8 𝐶100 = 1 + 𝑃100 − 𝑃10 𝑃10 . ( 𝑇𝑏10 24⁄ ) 0,12 𝐾𝑟10 Ou, 𝑃10 = la précipitation journalière correspondant à une période de retour de 10 ans ; 𝑃100 = la précipitation journalière correspondant à une période de retour de 100 ans ; 𝑇𝑏10 = le temps de base en heure ; 𝐾𝑟10 = le coefficient de ruissellement de la crue décennale exprimé en fraction ; Mais connaissant les précipitations journalières 𝑃20, 𝑃25 , 𝑃50 nous essayerons par extrapolation de la formule de 𝐶100, afin d’estimer 𝐶20, 𝐶25, 𝐶50, permettant de passer du débit décennal au débit vingtennal, vicennal, cinquantennal et centennal. Ainsi on aura : 𝐶20 = 1 + 𝑃20 − 𝑃10 𝑃10 . ( 𝑇𝑏10 24⁄ ) 0,12 𝐾𝑟10 𝐶25 = 1 + 𝑃25 − 𝑃10 𝑃10 . ( 𝑇𝑏10 24⁄ ) 0,12 𝐾𝑟10 𝐶50 = 1 + 𝑃50 − 𝑃10 𝑃10 . ( 𝑇𝑏10 24⁄ ) 0,12 𝐾𝑟10 𝐶100 = 1 + 𝑃100 − 𝑃10 𝑃10 . ( 𝑇𝑏10 24⁄ ) 0,12 𝐾𝑟10 3. Les méthodes de dimensionnement hydraulique des ouvrages Plusieurs méthodes sont utilisées dans le cadre du dimensionnement hydraulique des ouvrages de rétablissement des écoulements naturels, parmi lesquelles il y a la méthode des grandeurs réduites pour les sorties libres [5]. C’est une méthode qui nécessite l’utilisation de plusieurs abaques préconçus qui engendre souvent des erreurs de lecture ou d’appréciation de la part du concepteur. Il y a également la méthode dite du régime à l’aval de l’ouvrage [7]. C’est une méthode de calcul numérique, qui peut être transcrite en langage de programmation afin de faciliter les calculs manuels, fastidieux des itérations.
  • 23. Juin 2018 ________________________________________ 9 Nous utiliserons par conséquent, dans le chapitre consacré à l’étude hydraulique, la méthode du régime à l’aval de l’ouvrage, tant dans l’évaluation de la capacité de nos ouvrages que dans leur redimensionnement. 3.1. La méthodologie du régime à l’aval de l’ouvrage La démarche consiste à rechercher le régime d’écoulement à l’aval immédiat de l’ouvrage [7] en calculant la profondeur normale ℎ 𝑛 et la profondeur critique ℎ 𝑐. La comparaison des deux profondeurs d’eau permet de déduire le régime d’écoulement. Alors, si le régime à l’aval de l’ouvrage est fluvial, l’ouvrage est calé en régime fluvial. Si par contre le régime à l’aval est torrentiel, l’ouvrage est calé soit en régime torrentiel, soit en régime fluvial. On déduit du calage de l’ouvrage, dans le régime approprié, la hauteur d’eau à l’entrée de l’ouvrage, nommée 𝑦𝑒, et enfin la hauteur d’eau à l’amont de l’ouvrage 𝐻 𝑎𝑚, qui se calcule par application du théorème de Bernoulli simplifié entre une section à l’amont, et l’entrée de l’ouvrage projeté soit : 𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑒 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉𝑒 2 2𝑔 Avec 𝑦𝑒 la hauteur d’eau à l’entrée immédiate de l’ouvrage en m ; 𝐾𝑒 le coefficient d’entonnement, fonction du type de l’entrée, dont les valeurs sont mentionnées dans le tableau n°1-1 ci-dessous ; 𝑉𝑒 la vitesse d’écoulement de l’eau à l’entrée de l’ouvrage en 𝑚/𝑠 ; 𝑔 l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2 ; Le logigramme de la figure n°1-1 ci-après synthétise la démarche à suivre pour le dimensionnement hydraulique. Tableau n°1-1 : coefficient d’entonnement 𝑲 𝒆 en fonction du type d’entrée de l’eau dans l’ouvrage [7] Type de l’entrée 𝐾𝑒 Extrémité entaillée en sifflet 0,7 Extrémité avec mur de tète et murs en aile 0,5
  • 24. Juin 2018 ________________________________________ 10 Figure n°1-1 : démarche pour le dimensionnement hydraulique [7] Dimensionnement hydraulique 𝑦𝑒 = 𝑦𝑛 𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑛 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑛 2 2𝑔 𝑦𝑒 = 𝑦𝑐 𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑐 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑐 2 2𝑔 Comparaison de 𝑦𝑛 et ℎ 𝑛 𝑦𝑛 > ℎ 𝑛 𝑦𝑒 = 𝑦𝑛 𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑛 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 𝑦 𝑛 2 2𝑔 ℎ 𝑛 > 𝑦𝑛 𝑦𝑒 = ℎ 𝑛 𝐻 𝑎𝑚 = ℎ 𝑛 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉𝑠𝑜𝑢𝑠 ℎ 𝑛 2 2𝑔 Calage de l’OH en régime fluvial Recherche des caractéristiques de l’OH : section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que : 𝑦𝑛 ≥ 1,20𝑦𝑐 𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH 𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠 Calage de l’OH en régime fluvial Recherche des caractéristiques de l’OH : section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que : 𝑦𝑛 ≥ 1,20𝑦𝑐 𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH 𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠 Calage de l’OH en régime torrentiel Recherche des caractéristiques de l’OH : section,𝑝, 𝑦𝑛, 𝑦𝑐, 𝑉,tels que : 𝑦𝑛 ≤ 0,80𝑦𝑐 𝑦𝑛 ≤ 0,75 hauteur OH 𝑉 ≤ 4 𝑚/𝑠 Régime fluvial Régime torrentiel ℎ 𝑛 < ℎ 𝑐ℎ 𝑛 > ℎ 𝑐 Comparaison de ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐 Débit de projet Régime à l’aval de l’OH par calcul de ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐
  • 25. Juin 2018 ________________________________________ 11 3.2. Méthodologie de calcul des hauteurs d’eau normale et critique Pour le calcul préalable des hauteurs normales et critiques, des méthodes utilisant également des abaques [7] permettent d’estimer ces hauteurs. Mais dans le cadre de ce travail, nous utilisons une méthode de calcul numérique, qui part de la formule de Manning Strickler, pour les hauteurs normales, et de la formule de la charge spécifique, pour les hauteurs critiques. Signalons que les profondeurs ou hauteurs d’eau sont désignées par l’appellation ℎ, pour ce qui concerne les profondeurs d’eau hors de l’ouvrage hydraulique, et l’appellation 𝑦, pour les hauteurs d’eau à l’intérieur de l’ouvrage. Ainsi ℎ 𝑛 et ℎ 𝑐 sont respectivement les profondeurs d’eau normale et critique à l’extérieur de l’ouvrage hydraulique. 𝑦𝑛 et 𝑦𝑐 représentent également les profondeurs d’eau normale et critique à l’intérieur de l’ouvrage.  Calcul de la profondeur normale De la formule de Manning Strickler : 𝑄 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 √𝐼 , On déduit que 𝑄 √𝐼 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 𝑄 √𝐼 étant une grandeur fixe, on calcule ensuite la quantité variable 𝐷 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 , appelé aussi la débitance, pour différentes valeurs de la profondeur d’eau ℎ 𝑛 ou 𝑦𝑛. La valeur de ℎ 𝑛 ou de 𝑦𝑛 pour laquelle la quantité variable 𝐷 égale la grandeur fixe 𝑄 √𝐼 est la profondeur normale. Dans ces relations, 𝑄 est le débit écoulé en 𝑚3 /𝑠 ; 𝐾 le coefficient de rugosité des parois des ouvrages d’assainissement, donné dans le tableau n°1-2 ci-après ; 𝑅ℎ le rayon hydraulique en 𝑚 avec 𝑅ℎ = 𝑆 𝑃 ; 𝑆 la section mouillée en 𝑚2 ; 𝑃 le périmètre mouillée en 𝑚 ; 𝐼 la pente hydraulique en 𝑚/𝑚 ;
  • 26. Juin 2018 ________________________________________ 12 Tableau n°1-2 : coefficient de rugosité 𝑲 des ouvrages d’assainissement [7] Type d’ouvrage 𝐾 Ouvrages enherbés plats peu profond (avec h la hauteur d’eau dans l’ouvrage en 𝑚) ℎ ≤ 0,15𝑚 ℎ ≤ 0,20𝑚 10 15 Fossés enherbés (fossés trapézoïdaux et triangulaires) 25 Ouvrages superficiels en béton (fossés, cunettes, et caniveaux) 70 Canalisations lisses (béton, PVC, PEHD, etc.) 80  Calcul de la profondeur critique De la relation 𝑄2 𝑙 𝑔𝑆3 = 1 on déduit que 𝑄 √ 𝑔 = 𝑆√ 𝑆 𝑙 𝑄 √ 𝑔 est une grandeur fixe. On calcule ensuite la variable 𝐹 = 𝑆√ 𝑆 𝑙 pour différentes valeurs de ℎ 𝑐 ou 𝑦𝑐 et la valeur de ℎ 𝑐 ou de 𝑦𝑐 pour laquelle la quantité variable 𝐹 égale la grandeur fixe 𝑄 √ 𝑔 est la profondeur critique. Dans ces relations, 𝑄 est le débit écoulé en 𝑚3 /𝑠 ; 𝑙 la largeur au miroir en 𝑚 ; 𝑔 l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2 ; 𝑆 la section mouillée en 𝑚2 ; On assimile généralement la section du ruisseau à un canal de section trapézoïdale, facilitant ainsi le calcul des paramètres tels que la section mouillée 𝑆, le périmètre mouillé 𝑃, la largeur au miroir 𝑙 par les formules suivantes : 𝑆 = 𝑏𝑦 + 𝑚𝑦2 ; 𝑃 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑚2 ; 𝑙 = 𝑏 + 2𝑚𝑦 ; Avec 𝑚 le fruit des talus, 𝑚 = 𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼. Pour le cas d’ouvrage rectangulaire 𝑚 = 0
  • 27. Juin 2018 ________________________________________ 13 La figure n°1-2 ci-dessous, illustre une section transversale du ruisseau à prendre en compte dans le calcul des profondeurs d’eau. Figure n°1-2 : section courante des ruisseaux à prendre en compte 4. Conclusion partielle Nous disposons donc de plusieurs méthodes permettant d’estimer les débits des bassins versants non jaugés, et de dimensionner les ouvrages hydrauliques. Cependant, les caractéristiques physiques des bassins versants décrits au chapitre 3, limitent l’utilisation des méthodes d’estimation des débits aux méthodes ORSTOM et CIEH. Aussi, nous avons fait le choix de la méthode du régime à l’aval de l’ouvrage, comme méthode de dimensionnement hydraulique, en raison de son caractère analytique.
  • 28. Juin 2018 ________________________________________ 14 CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU PROJET ROUTIER ET ETAT DES LIEUX DES OUVRAGES 1. Introduction Dans ce chapitre nous donnerons le contexte général de notre étude, la position des ouvrages hydrauliques sur les tronçons de la route, tout en décrivant leurs caractéristiques géométriques. 2. Présentation du projet et contexte général de l’étude La construction et le bitumage de la route Dédougou-Nouna-Djibasso-Frontière du Mali a été lancé le jeudi 19 janvier 2012 [d]. Long de 143,7 km, dont 131,388 km sur la nationale 14 et 12,286 km sur la bretelle de Nouna [3], cette infrastructure a couté la somme de 30,8 milliards de FCFA, et est un don du peuple Américain au Burkina Faso à travers le compact « Millennium Challenge Account ». Les caractéristiques techniques de la route sont : Le revêtement est en enduit superficielle bicouche sur une plateforme de 10,20 m en rase campagne, dont 7,20 m de largeur roulable et 1,50 m d’accotement de part et d’autre de l’axe de la route [d]. En traversée d’agglomération on a 12,20 m de plateforme, 8,20 m de bande roulable et 2 m d’accotement. Après 24 mois de travaux, l’inauguration de la route s’est déroulée le samedi 31 Mai 2014 en présence du Président du Faso et d’éminentes personnalités des USA. Quelques mois après la réception de l’infrastructure routière, la partie frontalière au Mali enregistre déjà des submersions à répétition, à certains endroits entrainant ainsi des dommages tels que : interruption du trafic routier, dégradation de la chaussée, érosion des talus et des accotements, destruction de remblai. La répétition du phénomène et la polémique dans la presse sur une dégradation précoce de la route, ont amené le ministre des infrastructures à effectuer une sortie sur le terrain, le 02 septembre 2014, afin d’assurer la population et l’opinion internationale. Pour la coordination de MCA [c], des branchages laissés par le projet d’électrification rurale, a l’amont de l’ouvrage OH156, auraient contribué à l’obstruer. Le 09 septembre 2015 [1], alors qu’on n’a pas enregistré de pluie à Djibasso, une importante lame d’eau arrive à l’ouvrage OH128, à l’entrée de Djibasso, engloutissant
  • 29. Juin 2018 ________________________________________ 15 l’ouvrage sur une largeur d’environ 200 mètres, et la crue dure plus de 3 heures. Là également, il y a eu interruption du trafic routier, et des dégradations après le passage de la crue. Selon des riverains de la route, cette situation arrivait pour la troisième fois dans la même saison pluvieuse. 3. Localisation des ouvrages Le tronçon de la route nationale n°14 objet de la présente étude traverse les communes rurales de Djibasso et de Madouba, qui sont des communes faisant frontière avec le Mali. C’est deux communes relèvent de la province de la Kossi, dans la région de la boucle du Mouhoun. L’origine du projet de construction de la route étant Dédougou, on y trouve alors le PK 0+00. La fin du projet se situe à Madouba et correspondant au PK 131+388. Dans le sens de Dédougou-Madouba, le premier ouvrage se situe à l’entrée de Djibasso précisément au PK 109+127. Il est repéré par l’identifiant OH128 [2]. Le second ouvrage est à cheval entre les limites des deux communes, au PK 117+514. Il est identifié par l’appellation OH156 [2]. La figure n°2-1 ci-après montre les positions des deux ouvrages sur les tronçons de la route.
  • 30. Juin 2018 ________________________________________ 16 Figure n°2-1 : carte montrant la localisation des deux ouvrages 4. Présentation des ouvrages 4.1. Présentation de l’ouvrage OH128 Le OH128 est un dalot de 4x3x2 [2] c’est-à-dire que l’ouvrage comporte, 4 cellules de 3 m de portée chacune et de 2 m de hauteur. La cote du radier est à 326,70 m d’altitude. L’ouvrage comporte des murs en aile et de murs de tète. A l’aval immédiat de l’ouvrage, sur l’ancien tracé de la route, se trouve un ponceau à poutre de 10 m de portée et de 2,25 m de hauteur dont le remblai d’accès atteint une hauteur d’environ 3 m. A l’amont à environ 500 m il y a un dalot de 4x2,5x2,5, construit avant le projet routier. On note aussi la présence d’un arbre à l’entrée immédiate de l’ouvrage. L’image de la figure n°2-2 de la page suivante présente la configuration géométrique, de l’ouvrage OH128
  • 31. Juin 2018 ________________________________________ 17 Figure n°2-2 : vue de profil de l’ouvrage OH128 4.2. Présentation de l’ouvrage OH156 C’est un dalot de 4x2x2 [2] ; ce dalot comporte donc 4 cellules de 2 m de portée et de 2 m de hauteur chacune. La cote du radier est à 325,87 m d’altitude. Le OH156 est muni également des murs en aile et de murs de tète. A l’aval de l’ouvrage un perré maçonné d’environ 150 ml est réalisé sur le talus de remblai dont des affouillements du muret d’encrage sont visibles à certains endroits, dus au déversement de l’eau par-dessus la route. L’image de figures n°2-3 ci-après présente une vue de profil de l’ouvrage OH156.
  • 32. Juin 2018 ________________________________________ 18 Figure n°2-3 : vue de profil de l’ouvrage OH156 5. Etat des lieux des ouvrages 5.1. Ouvrage OH128 L’ouvrage est submergé au moins une fois par saison [1] occasionnant des dégradations et de ruptures de trafic. Selon les indications du niveau atteint par l’eau, lors de la submersion, et rattachées aux cotes du profil en long du projet, on a pu remarquer que la lame d’eau s’étend du profil en travers n° 4361 dont la cote projet est 330,19 m, au profil 4370 avec une cote projet de 330,36. Le OH128 est lui-même au profil 4366 avec une cote de la ligne rouge de 329,85. D’après nos estimations la lame d’eau sur la route s’étend sur environ 200 m, avec une hauteur d’environ 0,30 m au droit de l’ouvrage et une hauteur atteignant 0,70 m au droit du profil en travers n° 4364 dont la cote projet est à 329,45 m d’altitude. Les images des figures n°2-4 et n°2-5 ci-après montrent respectivement la lame d’eau à l’origine de la submersion de septembre 2015 et l’ampleur des dégradations après la crue.
  • 33. Juin 2018 ________________________________________ 19 Figure n°2-4 : Submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1] Figure n°2-5 : dégradations causées par la submersion de l’ouvrage OH128 en Septembre 2015 [1]
  • 34. Juin 2018 ________________________________________ 20 5.2. Ouvrage OH156 A ce niveau également l’enquête sur le terrain a révélé des submersions de l’ouvrage à chaque saison des pluies. C’est d’ailleurs la submersion de cet ouvrage qui a causé la polémique dans la presse en Août 2014. Selon les indications des riverains et les niveaux des laisses de crue, rattachées à l’axe de la route, nous estimons que la submersion de l’ouvrage s’étend sur une largeur d’environ 150 m avec une hauteur d’eau au droit de l’ouvrage d’environ 0,60 m. L’image de la figure n°2-6 ci-dessous illustre les dégradations de l’ouvrage OH156 dues à la submersion d’Août 2014. Figure n°2-6 : dégradation causée par la submersion de l’ouvrage OH156 en Août 2014 [c] 6. Hypothèses possibles de la submersion des ouvrages Sachant que la pluviométrie est l’un des facteurs favorisant la survenue de crue et vue les caractéristiques géométriques des deux ouvrages ci-dessus énumérées, on peut se poser la question à savoir, quelles sont les causes probables de la submersion de ces ouvrages ? En effet il y a plusieurs éventualités :
  • 35. Juin 2018 ________________________________________ 21 − La section hydraulique de chaque ouvrage peut être insuffisante pour évacuer le débit engendré par le bassin versant ; − Le bassin versant peut, lui-même avoir été mal délimité ; − La survenue de pluie exceptionnelle pourrait expliquer le phénomène ; − Le débit de projet a été sous-estimé. − La ligne rouge du projet au droit de ces ouvrages ne permet pas de mettre la route hors d’eau. 7. Conclusion partielle Les ouvrages hydrauliques objets de la présente étude sont le OH128 et le OH156 situés respectivement au pk 109+127 et au pk 117+514. On estime la lame d’eau submergeant les ouvrages à une hauteur d’environ 0,30 m au droit de l’ouvrage OH128, et à une hauteur d’environ 0,60 m au droit de celui du OH156. Plusieurs causes pourraient expliquer leur submersion. Cependant, si l’hypothèse d’une pluie exceptionnelle peut être écartée, vue la répétition du problème, comment estime-t-on le débit engendré par un bassin versant ? La réponse à cette question fait l’objet du chapitre suivant.
  • 36. Juin 2018 ________________________________________ 22 CHAPITRE 3 : ETUDE HYDROLOGIQUE SUR LES BASSINS VERSANTS INTERCEPTANT LA ROUTE 1. Introduction L’une des contraintes auxquelles l’ingénieur routier est confronté, lors de la conception géométrique de la route, est le calage de la ligne rouge au droit des écoulements naturels. Un calage précis recommande de tenir compte des caractéristiques physiques des bassins versants drainés par les cours d’eau, ou d’évaluer les débits qui y interceptent la route. Dans ce chapitre nous traiterons des méthodes et des moyens utilisés pour l’estimation des débits. 2. Collecte et analyse des données pluviométriques 2.1. Les données pluviométriques Le tronçon de la route nationale n°14, objet de la présente étude est la partie traversant les communes de Djibasso et de Madouba. Les données pluviométriques que nous disposons sont celles qui ont servi à l’étude du projet routier. Ce sont des données de la Météo, issues de deux stations météorologiques, à savoir la station de Dédougou et celle de Nouna. Les données sont de deux ordres. − Une pluviométrie moyenne mensuelle sur une période de 70 ans − Une pluviométrie maximale journalière sur une période de 31 ans Les tableaux n°3-1 et n°3-2 ci-après présentent respectivement, les relevées pluviométriques des moyennes mensuelles, des deux stations sur la période 1940- 2009, et les relevées de la pluviométrie maximale journalière des deux stations sur la période 1979-2009. Tableau n°3-1 : pluviométrie moyenne mensuelle sur 70 ans [2] Station Période J F M A M J J A S O N D Moy.ann Dédougou 1940- 2009 0,9 1,3 6,4 23, 9 71, 5 113 ,7 201 ,9 256 ,9 153 ,3 47, 7 2,9 0,5 855 Nouna 1940- 2009 0,5 2,3 3,6 16, 4 58, 3 110 ,2 180 ,2 227 ,8 130 ,3 39, 9 3 1 770,7
  • 37. Juin 2018 ________________________________________ 23 Tableau n°3-2 : pluie maximale journalière des stations de Dédougou et de Nouna [2] N° année Station de Dédougou Station de Nouna Jour Année Valeur Jour Année Valeur 1 6-juil. 1979 67,1 30-sept. 1979 46,5 2 20-Août 1980 46,1 6-juil. 1980 107,2 3 23-juil. 1981 57,7 3-mai 1981 35,2 4 27-Août 1982 46,1 25-juil. 1982 67,1 5 7-aout 1983 49,8 29-aout 1983 44,8 6 10-mai 1984 52,1 31-mai 1984 45,1 7 30-juin 1985 49,8 1-juil. 1985 52,2 8 5-sept. 1986 61,4 24-juil. 1986 81,0 9 9-aout 1987 44,6 25-aout 1987 50,0 10 15-aout 1988 49,9 7-sept 1988 82,6 11 28-aout 1989 90,2 8-juil. 1989 69,0 12 18-aout 1990 66,3 26-juin 1990 44,5 13 20-mai 1991 89,6 21-mai 1991 46,0 14 15-sept. 1992 42,7 27-juil. 1992 33,3 15 16-aout 1993 46,0 1993 16 22-juil. 1994 78,1 1994 17 17-aout 1995 43,5 1995 18 4-aout 1996 49,3 16-aout 1996 67,5 19 14-mai 1997 80,2 19-juil. 1997 33,5 20 12-juin 1998 80,6 21-sept. 1998 52,4 21 1-sept. 1999 57,1 22-juil. 1999 40,0 22 18-aout 2000 57,7 17-aout 2000 66,6 23 2-sept 2001 43,7 23-juil. 2001 50,0 24 14-aout 2002 47,8 5-oct. 2002 116,9 25 23-aout 2003 85,1 1-juin 2003 91,1 26 23-aout 2004 60,0 24-juil. 2004 82,0 27 7-aout 2005 56,2 4-juin 2005 58,0 28 22-aout 2006 79,5 19-juil. 2006 67,9 29 5-aout 2007 95,5 2007 30 19-aout 2008 83,8 19-juil. 2008 51,2 31 7-juil. 2009 58,7 24-juil 2009 62,0 2.2. Etude de la distribution statistique fréquentielle de la pluie journalière Le tableau n°3-2 ci-dessus montre une discontinuité des relevées de la station de Nouna, pour les années 1993 ;1994 ;1995 ; et 2007. Les communes de Djibasso et de Madouba relèvent de la province de la Kossi dont le chef-lieu est Nouna. La station de Nouna étant plus proche de la zone d’étude que celle de Dédougou, nous considérons que les relevées de la station de Nouna constituent un échantillon assez représentatif
  • 38. Juin 2018 ________________________________________ 24 de notre zone d’étude. Par contre une comparaison des données des deux stations est faite, en vue d’une éventuelle extension des données aux valeurs manquantes, par la méthode de régression linéaire. La figure n°3-1 ci-dessous montre une dispersion des points qui ont pour coordonnées les couples (𝑋 𝑑 ; 𝑌𝑛), autour de la droite de régression qui s’écrit : 𝑌𝑛 = −0,1348. 𝑋 𝑑 + 69,13, avec 𝑌𝑛 la pluie journalière de la station de Nouna de l’année 𝑖 ; et 𝑋 𝑑 la pluie journalière de la station de Dédougou de l’année 𝑖. En outre le coefficient de corrélation de la régression vaut 𝑟 = 0,096 ; 𝑟 étant inférieur à 0,75 alors la corrélation est considérée comme sujette à caution [5]. Nous considérons donc les données de la station de Nouna comme telles pour la suite de nos travaux. Figure n°3-1 : corrélation entre les données de la station de Nouna et celles de Dédougou Yn = -0.1348Xd + 69.13 R² = 0.0092 0 20 40 60 80 100 120 140 30 40 50 60 70 80 90 100 Yn(mm) Xd(mm)
  • 39. Juin 2018 ________________________________________ 25 Plusieurs lois de probabilité permettent d’ajuster aux relevées, une distribution fréquentielle, parmi lesquelles la loi de GUMBEL [5]. Appelée loi doublement exponentielle elle se présente sous la forme : 𝐹(𝑃) = 𝑒−𝑒−𝑢 , avec 𝐹(𝑃) la fonction de non dépassement ; 𝜇 une variable donnée par 𝜇 = 𝛼(𝑃 − 𝑃0) ; 𝛼 et 𝑃0 sont des paramètres d’ajustement qui se déduisent des paramètres statistiques suivants : 𝑃̅ = ∑ 𝑃 𝑁 ; avec 𝑃̅ la moyenne de l’échantillon étudié ; 𝑃 la pluie journalière ; 𝑁 étant le nombre de relevées 𝜎 = √ ∑(𝑃−𝑃̅) 2 𝑁−1 ; 1 𝛼 = 0,780 𝜎 ; 𝑃0 = 𝑃̅ − 0,45 𝜎 Pour le calcul de la pluie journalière de diverses fréquences [5], on calcul la variable 𝜇 tirée de la loi de répartition qui donne 𝜇 = − 𝐿𝑜𝑔(− 𝐿𝑜𝑔 𝐹(𝑃)) que l’on égale à 𝜇 = 𝛼(𝑃𝐹 − 𝑃0) pour obtenir la valeur correspondant à 𝑃𝐹 ou 𝑃𝑇 avec 𝑇 = ( 1 1−𝐹 ) Le tableau n°3-3 ci-dessous donne pour diverses valeurs du temps de retour T, les relations qui lient la pluie journalière recherchée 𝑃𝑇 de periode de retour T, à l’écart type 𝜎 et à la moyenne 𝑃̅ de l’échantillon étudié. Tableau n°3-3 : relation liant la pluie journalière 𝑷 𝑻, l’écart type 𝝈,et la moyenne 𝑷̅ [5] Période de retour T(ans) Fréquence 𝐹 = 1 − 1 𝑇 𝜇 𝑃𝑇 5 0,80 1,500 0,720 𝜎 + 𝑃̅ 10 0,90 2,250 1,305 𝜎 + 𝑃̅ 20 0,95 2,970 1,866 𝜎 + 𝑃̅ 25 0,96 3,199 2,045 𝜎 + 𝑃̅ 50 0,98 3,902 2,594 𝜎 + 𝑃̅ 75 0,9867 4,311 2,912 𝜎 + 𝑃̅ 100 0,99 4,600 3,138 𝜎 + 𝑃̅ 500 0,998 6,214 4,397 𝜎 + 𝑃̅ 1000 0,999 6,907 4,938 𝜎 + 𝑃̅
  • 40. Juin 2018 ________________________________________ 26 En appliquant les formules ci-dessus mentionnées aux relevées de la station de Nouna, on obtient les paramètres statistiques d’ajustement contenus dans le tableau n°3-4 ci-dessous. Tableau n°3-4 : paramètres statistiques d’ajustement de la station de Nouna 𝑃̅ 𝜎 𝛼 𝑃0 60,87 21,53 0,0595 51,182 Les paramètres statistiques d’ajustement du tableau n°3-4 intégrés dans les relations de GUMBEL du tableau n°3-3 ont donné les résultats du tableau n°3-5 ci-dessous, qui représentent la pluie journalière pour les périodes de retour allant de 5 à 100 ans. Tableau n°3-5 : pluie journalière de diverses périodes de retour de la station de Nouna T(ans) 𝑃𝑇(mm) 5 76,37 10 88,97 20 101,04 25 104,90 50 116,72 100 128,43 3. Détermination des caractéristiques physiques des bassins versants 3.1. Les données de base Un certain nombre de données de base ont été nécessaires pour la détermination des caractéristiques physiques des bassins versants. Ce sont : − Des données SRTM ou MNT, fournies par deux agences américaines, la NASA et la NGA. Ce sont des données altimétriques du terrain, téléchargeable sur le site http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/, depuis 2009 et offrant une résolution de 30 m. − La base de données de l’IGB, concernant les voies de communication, les localités, les communes…
  • 41. Juin 2018 ________________________________________ 27 − La base de données d’occupation des terres, élaborée par le ministère de l’environnement datant de 2012. 3.2. Les outils utilisés Des logiciels ont été nécessaires pour la détermination des caractéristiques physiques des bassins. Il s’agit de : − Google Earth − Global Mapper − ArcGis 3.3. La méthodologie Pour la détermination des caractéristiques physiques des bassins versants, nous avons procédé ainsi qu’il suit :  L’application Google Earth [a] a été utilisée pour identifier les ouvrages OH128 et OH156 en y mettant une marque à l’exutoire de chaque ouvrage. Les coordonnées géographiques de l’exutoire ainsi que la marque sont enregistrées en fichier d’extension .kmz.  Dans le logiciel Global Mapper [a], on ouvre le fichier de l’exutoire (fichier .kmz); une projection UTM WGS 1984 de la zone 30 de l’hémisphère nord est appliquée à la position de l’exutoire. On procède ensuite au téléchargement du modèle numérique du terrain (données SRTM) de la zone avoisinant l’exutoire. Pour un souci d’alléger le traitement de l’ordinateur, on découpe les données obtenues en une taille raisonnable permettant ainsi l’analyse. Le fichier ainsi découpé après enregistrement a une extension .dem.  L’essentiel du travail de traitement du fichier découpé, d’extension .dem est fait sur ArcGis [b]. C’est ainsi qu’après le traitement on obtient : − Le fichier de forme du bassin versant (superficie en km2, périmètre en km) − Le réseau hydrographique classé, suivant la classification de Strahler (longueur totale du réseau en km)
  • 42. Juin 2018 ________________________________________ 28 − La répartition des tranches d’altitude sur la superficie du bassin, ce qui permet de tracer la courbe hypsométrique du bassin versant − La cartographie de l’occupation des terres, en recoupant le fichier de forme du bassin versant avec la base de données d’occupation des terres. 3.4. Résultats du traitement pour le bassin versant drainé par l’ouvrage OH128 La figure n°3-2 ci-après présente les limites du bassin de l’ouvrage OH128, ainsi que le réseau hydrographique avec les caractéristiques physiques suivantes : Superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2 ; périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚 ; longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚 ; la pente moyenne 𝐼 = 0,55 % ; longueur de cheminement hydraulique 𝐿 = 14,1 𝑘𝑚 ; type de bassin versant : bassin à réseau hydrographique en arête de poisson.
  • 43. Juin 2018 ________________________________________ 29 Figure n°3-2 : bassin versant de l’ouvrage OH128 et son réseau hydrographique
  • 44. Juin 2018 ________________________________________ 30 La figure n°3-3 de la page suivante, présente les tranches d’altitudes, reparties sur la superficie du bassin versant. Le tableau n°3-6 ci-après, fait ressortir la synthèse de cette répartition de tranches d’altitudes, qui a servi à tracer la courbe hypsométrique du bassin présentée sur la figure n°3-4 ci-après. La figure n°3-5 ci-après présente la carte de l’occupation des terres sur le bassin, version 2012, dont la synthèse est résumée dans le tableau n°3-7 ci-après.
  • 45. Juin 2018 ________________________________________ 31 Figure n°3-3 : carte hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128
  • 46. Juin 2018 ________________________________________ 32 Tableau n°3-6 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin versant de l’ouvrage OH128 Superficie cumulée(m2) Superficie cumulée (%) Cotes(m) 0 0 462 3 497 415 7 432 11 432 867 24 420 17 572 179 37 408 21 715 451 46 397 26 389 597 56 385 30 929 797 65 373 35 549 666 75 361 41 340 646 87 350 47 401 899 100 335 Figure n°3-4 : Courbe hypsométrique du bassin versant de l’ouvrage OH128 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380 385 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100105 COTESENM SUPERFICIE CUMLÉSE EN % 340.77 440.57
  • 47. Juin 2018 ________________________________________ 33 Figure n°3-5 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128
  • 48. Juin 2018 ________________________________________ 34 Tableau n°3-7 : synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH128 Code Désignation Superficie(m2) Superficie (%) 1 Habitat 880 542 1,85 2 Culture pluviale et territoire agroforestier 19 166 424 40,37 4 Verger 20 264 0,04 10 Roche nue 28 623 0,06 11 Steppe arbustive et herbeuse 27 122 353 57,12 12 Steppe arborée 185 288 0,39 14 Sol nu (érodé, dénudé, cuirasse, etc.) dune et sable 76 307 0,16 3.5. Résultats du bassin versant interceptant la route au droit de l’ouvrage OH156 La figure n°3-6 de la page suivante présente les limites du bassin versant avec son réseau hydrographique dont : la superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2 ; le périmètre 𝑃 = 29,870 𝑘𝑚 ; la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚 ; la pente moyenne est de 0,66 % ; la longueur du cheminement hydraulique est 13,89 𝑘𝑚 ; le type de bassin versant est un bassin à réseau hydrographique de type radial.
  • 49. Juin 2018 ________________________________________ 35 Figure n°3-6 : Bassin versant de l’ouvrage OH156 et le réseau hydrographique
  • 50. Juin 2018 ________________________________________ 36 La figure n°3-7, le tableau n°3-8 et la figure n°3-8, ci-après présentent respectivement la carte hypsométrique, la synthèse des tranches d’altitude et la courbe hypsométrique du bassin versant. Egalement en recoupant le bassin versant avec la base de données d’occupation des terres, on obtient les résultats de la figure n°3-9 ci-après représentant la carte d’occupation des terres et le tableau n°3-9 ci-après, qui donne la synthèse de l’occupation des terres.
  • 51. Juin 2018 ________________________________________ 37 Figure n°3-7 : carte hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156
  • 52. Juin 2018 ________________________________________ 38 Tableau n°3-8 : Synthèse de la répartition des tranches d’altitudes sur le bassin de l’ouvrage OH156 Figure n°3-8 : courbe hypsométrique du bassin de l’ouvrage OH156 Superficie cumulée(m2) Superficie cumulée (%) Cotes(m) 0 0 440 1 554 598 5 422 4 087 673 12 410 7 367 529 22 399 11 720 092 35 390 15 866 734 47 380 20 022 347 60 369 25 055 920 75 359 30 246 713 90 349 33 564420 100 333 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380 385 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100105 COTESENM SUPERFICIE CUMULÉE EN % 422 341
  • 53. Juin 2018 ________________________________________ 39 Figure n°3-9 : carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156
  • 54. Juin 2018 ________________________________________ 40 Tableau n°3-9 : Synthèse de la carte d’occupation des terres du bassin de l’ouvrage OH156 Code Désignation Superficie(m2) Superficie (%) 2 Culture pluviale et territoire agroforestier 11 883 697 35,34 4 Verger 3 418 0,01 11 Steppe arbustive et herbeuse 21 569 694 64,14 12 Steppe arborée 55 305 0,16 14 Sol nu (érodé, dénudé, cuirasse, etc.) dune et sable 117 389 0,35 La figure n°3-10 de la page suivante illustre la portion de la route nationale n°14, et les deux bassins versants l’interceptant.
  • 55. Juin 2018 ________________________________________ 41 Figure n°3-10 : carte montrant l’emplacement des deux bassins versants et la portion de la RN14
  • 56. Juin 2018 ________________________________________ 42 4. Etude hydrologique sur le bassin versant de l’ouvrage OH128 4.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM L’exutoire du bassin est situé à 13°06’55,1343’’ de latitude nord et à 4°08’53,3022’’ de longitude ouest : la méthode ORSTOM est donc applicable. Rappelons que le débit décennal est donné par la formule : 𝑄10 = 𝑚. 𝐴. 𝑃10. 𝐾𝑟10. 𝛼10. 𝑆/𝑇𝑏10 Le traitement du modèle numérique du terrain avec ArcGis dans la section 3.4 a permis d’avoir les caractéristiques physiques suivantes : Superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2 ; périmètre 𝑃 = 41,39 𝑘𝑚 ; longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 63,975 𝑘𝑚 ; la pluie journalière décennale tirée du tableau n°3-5 vaut 𝑃10 = 88,97 𝑚𝑚  Détermination des caractéristiques physiques complémentaires • L’indice de compacité 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282. 𝑃. 𝑆−1/2 Avec 𝑃 le périmètre du bassin en 𝑘𝑚 𝑆 la superficie du bassin en 𝑘𝑚2 ⇒ 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282 × 41,39 × (47,479)−1/2 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 1,6939 • La longueur du rectangle équivalent 𝐿 = 𝑆 1 2. (𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 1,128⁄ ). [1 + (1 − (1,128 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝⁄ ) 2 ) 1 2 ] Avec 𝐿 exprimé en 𝑘𝑚, qui correspond à la longueur d’un rectangle ayant la même superficie que celui du bassin versant. 𝑆 la superficie du bassin en 𝑘𝑚2 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 l’indice de compacité
  • 57. Juin 2018 ________________________________________ 43 ⇒ 𝐿 = (47,479) 1 2 × (1,6939 1,128⁄ ) × [1 + (1 − (1,128 1,6939⁄ )2) 1 2] 𝐿 = 18,07 𝑘𝑚 • L’indice global de pente 𝐼𝑔 = 𝐷 𝐿 Avec 𝐼𝑔 exprimé en 𝑚/𝑘𝑚 et qui caractérise le relief du bassin versant 𝐷 est la denivelé en 𝑚, entre les altitudes ayant respectivement 5% et 95% de la superficie cumulée du bassin versant, comme indiqué sur la courbe hypsométrique de la figure n°3-4 ci-avant. 𝐿 est la longueur du rectangle équivalent exprimé en 𝑘𝑚 ⇒ 𝐼𝑔 = 440,57 − 340,77 18,07 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 • La densité de drainage 𝐷 𝑑 = 𝑙 𝑆 Avec 𝑙 la longueur totale du reseau hydrographique exprimée en 𝑘𝑚 𝑆 la superficie du bassin versant en 𝑘𝑚2 ⇒ 𝐷 𝑑 = 63,975 47,479 𝐷 𝑑 = 1,35 𝑘𝑚/𝑘𝑚2 • La classe d’infiltrabilité du bassin Une visite de terrain nous a permis d’identifier des affleurements de roches granitiques sur le bassin et ceci est confirmé sur la synthèse de la carte d’occupation des terres du tableau n°3-7. La période critique pour les ouvrages hydrauliques de rétablissement des écoulements naturels correspond à la période de fortes pluviométries. En effet les pluies précédant
  • 58. Juin 2018 ________________________________________ 44 les mois de fortes pluviométries [5] saturent le sol, rechargent les nappes, et donnent lieu à des coefficients de ruissellement élevés qui ne sont souvent pas pris en compte. Ainsi nous retenons pour le bassin la classe d’infiltrabilité 𝑰, c’est à dire un bassin imperméable.  Détermination des caractéristiques pluviométriques • Le coefficient d’abattement de la pluie journalière décennale Il est déterminé par l’équation de Vuillaume : 𝐴 = 1 − [ (161 − 0,042. 𝑃̅𝑎𝑛) 1000 . 𝑙𝑜𝑔𝑆] Avec 𝑆 la suprficie du bassin en 𝑘𝑚2 𝑃̅𝑎𝑛 la hauteur moyenne de la précipitation annuelle de la station météorologique de Nouna tiré du tableau n°3-1,exprimée en 𝑚𝑚. ⇒ 𝐴 = 1 − [ (161 − 0,042 × 770,7) 1000 . 𝑙𝑜𝑔47,479] 𝐴 = 0,784 • Le coefficient de ruissellement Le coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10 est calculé par interpolation linéaire entre 𝐾𝑟10 en 𝑃10 = 70 𝑚𝑚 et 𝐾𝑟10 en 𝑃10 = 100 𝑚𝑚, et aussi en fonction de la superficie 𝑆,de l’indice global de pente 𝐼𝑔 et de la classe d’infiltrabilité 𝑰. Avec une superficie 𝑆 du bassin versant supérieur à 10 𝑘𝑚2 la formule suivante est applicable. 𝐾𝑟10(70) ou 𝐾𝑟10(100) = 𝑎 (𝑆+𝑏) + 𝑐 Les tableaux n°3-10 et n°3-11 présentent respectivement les paramètres 𝑎, 𝑏, 𝑐 de l’équation permettant de déterminer 𝐾𝑟10(70) et 𝐾𝑟10(100) pour la zone sahelienne et en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité.
  • 59. Juin 2018 ________________________________________ 45 Tableau n°3-10 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓 𝟏𝟎(𝟕𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6] Caractéristiques 𝑎 𝑏 𝑐 Infiltrabilité 𝐼𝑔 𝐼 15 1455 33 21 7 1140 30 20 3 825 25 19 Tableau n°3-11 : paramètres de l’équation de 𝑲𝒓 𝟏𝟎(𝟏𝟎𝟎) pour la zone sahélienne en fonction de l’indice global de pente et de la classe d’infiltrabilité [6] Caractéristiques 𝑎 𝑏 𝑐 Infiltrabilité 𝐼𝑔 𝐼 15 1833 38 24 7 1476 37 22 3 1125 32.5 20 Ainsi on a : ✓ Calcul de 𝐾𝑟10(70) en 𝑃10 = 70 𝑚𝑚 Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚, 𝐾𝑟10(70)1 = 1140 (47,479 + 30) + 20 𝐾𝑟10(70)1 = 34,71% Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚, 𝐾𝑟10(70)2 = 825 (47,479 + 25) + 19 𝐾𝑟10(70)2 = 30,38% Pour 𝐼𝑔 = 5.52 𝑚/𝑘𝑚 l’interpolation linéaire entre les valeurs de 𝐾𝑟10(70)1 et 𝐾𝑟10(70)2 donne 𝐾𝑟10(70) : ⇒ (7 − 3)(34,71 − 𝐾𝑟10(70)) = (7 − 5,52)(34,71 − 30,38)
  • 60. Juin 2018 ________________________________________ 46 ⇒ 𝐾𝑟10(70) = 34,71 − (7 − 5,52)(34,71 − 30,38) (7 − 4) 𝐾𝑟10(70) = 33,11% ✓ Calcul de 𝐾𝑟10(100) en 𝑃10 = 100 𝑚𝑚 Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚, 𝐾𝑟10(100)1 = 1476 (47,479 + 37) + 22 𝐾𝑟10(100)1 = 39,47% Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚, 𝐾𝑟10(100)2 = 1125 (47,479 + 32,5) + 20 𝐾𝑟10(100)2 = 34,07% Pour 𝐼𝑔 = 5.52 𝑚/𝑘𝑚 l’interpolation linéaire entre les valeurs de 𝐾𝑟10(100)1 et 𝐾𝑟10(100)2 donne 𝐾𝑟10(100): ⇒ (7 − 3)(39,47 − 𝐾𝑟10(100)) = (7 − 5,52)(39,47 − 34,07) ⇒ 𝐾𝑟10(100) = 39,47 − (7 − 5,52)(39,47 − 34,07) (7 − 4) 𝐾𝑟10(100) = 37,47% ✓ 𝐾𝑟10 en 𝑃10 = 88,97 𝑚𝑚, se calcule par interpolation linéaire entre les valeurs de 𝐾𝑟10(70) et de 𝐾𝑟10(100) ⇒ (100 − 70)(37,47 − 𝐾𝑟10) = (100 − 88,97)(37,47 − 33,11) ⇒ 𝐾𝑟10 = 37,47 − (100 − 88,97)(37,47 − 33,11) 100 − 70 𝐾𝑟10 = 35,87% Le pourcentage des terres cultivées, de 40,37% de la superficie du bassin versant (cf. tableau n°3-7) conduit à majorer le 𝐾𝑟10 de 20% [6]. 𝐾𝑟10 devient alors :
  • 61. Juin 2018 ________________________________________ 47 𝐾𝑟10 = 1,20 × 35,87 Soit 𝐾𝑟10 = 43,04% • Le temps de base Le temps de base 𝑇𝑏10 se calcule par interpolation lineaire entre les valeurs de l’indice global de pente encadrant l’indice de pente du bassin, et ce, en fonction de la superficie 𝑆 du bassin versant. Ainsi : ✓ Pour 𝐼𝑔 = 3 𝑚/𝑘𝑚 et 𝑆 > 7 𝑘𝑚2 𝑇𝑏10(1) = 250. 𝑆0,35 + 300 ⇒ 𝑇𝑏10(1) = 250 × 47,4790,35 + 300 𝑇𝑏10(1) = 1265,42 𝑚𝑛 ✓ Pour 𝐼𝑔 = 7 𝑚/𝑘𝑚 et 𝑆 > 6 𝑘𝑚2 𝑇𝑏10(2) = 126. 𝑆0,35 + 100 ⇒ 𝑇𝑏10(2) = 126 × 47,4790,35 + 100 𝑇𝑏10(2) = 586,57 𝑚𝑛 ✓ Le temps de base correspondant à 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 vaut alors : ⇒ (7 − 3)(586,57 − 𝑇𝑏10) = (7 − 5,52)(586,57 − 1265,42) ⇒ 𝑇𝑏10 = 586,57 − (7 − 5,52)(586,57 − 1265,42) 7 − 3 𝑇𝑏10 = 837,74 𝑚𝑛 • Le coefficient 𝑚 est déterminé compte tenue de l’écoulement retardé qui parvient à l’exutoire. Pour un bassin de classe d’infiltrabilité 𝐼, le coefficient 𝑚 est pris égal à 1,03 [6] • Le coefficient de pointe 𝛼10 est pris égal 2,4 qui doit toujours être inférieur à 2,6 Le débit décennal vaut alors :
  • 62. Juin 2018 ________________________________________ 48 𝑄10 = 1,03 × 0,784 × 88,97 × 10−3 × 0,43 × 2,4 × 47,478 × 106 /837,74 × 60 𝑸 𝟏𝟎 = 𝟕𝟎, 𝟎𝟑 𝒎 𝟑 /𝒔 4.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH La série des équations de régression citée à la section 2.4 du chapitre 1 est utilisée. Les paramètres de ces équations à savoir la superficie 𝑆, l’indice de pente 𝐼𝑔, le coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10, la pluie moyenne 𝑃𝑚10 sont déjà calculés dans la section 4.1 ci-avant pour le bassin versant de l’ouvrage. La superficie 𝑆 = 47,479 𝑘𝑚2 ; l’indice de pente 𝐼𝑔 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 ; le coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10 = 43,04 % ; la pluie moyenne 𝑃𝑚10 = 𝐴. 𝑃10 = 0,784 × 88,97 = 69,75 𝑚𝑚 Les équations des régressions ont donné les résultats résumés dans le tableau n°3- 12 ci-dessous. Tableau n°3-12 : calcul de 𝑸 𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage OH128 N° Équation Résultat 1 𝑄10 = 0,0833 × 47,4790,696 × 5,520,953 × 43,040,534 𝑄10 = 46,46 𝑚3 /𝑠 2 𝑄10 = 0,095 × 47,4790,643 × 5,520,406 × 43,041,038 𝑄10 = 112,95 𝑚3 /𝑠 3 𝑄10 = 146 × 47,4790,479 × 69,75−0,969 × 43,040,457 𝑄10 = 84,66 𝑚3 /𝑠 4 𝑄10 = 0,254 × 47,4790,462 × 5,520,101 × 43,040,976 𝑄10 = 70,63 𝑚3 /𝑠 5 𝑄10 = 0,0912 × 47,4790,643 × 5,520,399 × 43,041,019 𝑄10 = 99,75 𝑚3 /𝑠 6 𝑄10 = 35600 × 47,4790,342 × 69,75−1,808 𝑄10 = 61,90 𝑚3 /𝑠 7 𝑄10 = 203 × 47,4790,459 × 69,75−1,301 × 43,040,813 𝑄10 = 101,60 𝑚3 /𝑠 8 𝑄10 = 22400 × 47,4790,363 × 5,520,059 × 69,75−1,808 𝑄10 = 60,27 𝑚3 /𝑠 La moyenne des résultats de ces régressions donne 𝑄10 = 79,78 𝑚3 /𝑠
  • 63. Juin 2018 ________________________________________ 49 5. Etude hydrologique sur le bassin de l’ouvrage OH156 5.1. Estimation du débit décennal par la méthode ORSTOM L’exutoire du bassin est situé à 13°05’58,0406’’ de latitude nord et à 4°13’02,4310’’ de longitude ouest ; la méthode ORSTOM est alors applicable. La superficie du bassin 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2 ; le périmètre 𝑃 = 29,870 𝑘𝑚 ; la longueur du réseau hydrographique 𝑙 = 79,753 𝑘𝑚. Un calcul similaire à celui de la section 4.1 a donné les résultats regroupés dans le tableau 3-13 ci-dessous Tableau 3-13 : paramètres de calcul du débit décennal 𝑸 𝟏𝟎 du bassin de l’ouvrage OH156 Paramètre Formule Résultat Commentaire Indice de compacité 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 𝐼𝑐𝑜𝑚𝑝 = 0,282 × 29,870 × (33,629)−1/2 𝟏, 𝟒𝟓𝟐𝟓 Longueur du rectangle équivalent 𝐿 𝐿 = (33,629) 1 2 × (1,4525 1,128⁄ ) × [1 + (1 − (1,128 1,4525⁄ )2) 1 2] 𝟏𝟐, 𝟏𝟕 𝒌𝒎 Indice global des pentes 𝐼𝑔 𝐼𝑔 = 422 − 341 12,17 𝟔, 𝟔𝟓 𝒎/ 𝒌𝒎 422 𝑚 et 341 𝑚 sont tirés de la fig.3-8 Densité de drainage 𝐷 𝑑 𝐷 𝑑 = 79,753 33,629 𝟐, 𝟑𝟕 𝒌𝒎/ 𝒌𝒎 𝟐 Classe d’infiltrabilité 𝑰 Le bassin est imperméable Coefficient d’abattement 𝐴 𝐴 = 1 − [ (161 − 0,042 × 770,7) 1000 . 𝑙𝑜𝑔33,629] 𝟎, 𝟖𝟎 Coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10 𝟒𝟎, 𝟓𝟖 % Déterminé par 3 interpolations linéaires Temps de base 𝑇𝑏10 𝟕𝟔𝟏, 𝟔𝟑 𝒎𝒏 Par une interpolation linéaire ; réseau hydrographique à aspect radial ⇒ majoration de 𝑇𝑏10 de 30% [6] Coefficient 𝑚 𝟏, 𝟎𝟑 Ecoulement retardé pour un bassin imperméable Coefficient de pointe 𝛼10 𝟐, 𝟒 Le débit décennal vaut alors : 𝑄10 = 1,03 × 0,80 × 88,97 × 10−3 × 0,41 × 2,4 × 33,629 × 106 /761,63 × 60 𝑸 𝟏𝟎 = 𝟓𝟑, 𝟎𝟖 𝒎 𝟑 /𝒔
  • 64. Juin 2018 ________________________________________ 50 5.2. Estimation du débit décennal par la méthode CIEH La superficie 𝑆 = 33,629 𝑘𝑚2 ; l’indice de pente 𝐼𝑔 = 6,65 𝑚/𝑘𝑚 ; le coefficient de ruissellement 𝐾𝑟10 = 40,58 % ; la pluie moyenne 𝑃𝑚10 = 𝐴. 𝑃10 = 0,80 × 88,97 = 71,18 𝑚𝑚 Le tableau n°3-14 ci-dessous résume les résultats des équations de la régression Tableau n°3-14 : calcul de 𝑸 𝟏𝟎 par les équations de régression pour le bassin de l’ouvrage OH156 N° Équation Résultat 1 𝑄10 = 0,0833 × 33,6290,696 × 6,650,953 × 40,580,534 𝑄10 = 42,29 𝑚3 /𝑠 2 𝑄10 = 0,095 × 33,6290,643 × 6,650,406 × 40,581,038 𝑄10 = 91,81 𝑚3 /𝑠 3 𝑄10 = 146 × 33,6290,479 × 71,18−0,969 × 40,580,457 𝑄10 = 68,50 𝑚3 /𝑠 4 𝑄10 = 0,254 × 33,6290,462 × 6,650,101 × 40,580,976 𝑄10 = 57,94 𝑚3 /𝑠 5 𝑄10 = 0,0912 × 33,6290,643 × 6,650,399 × 40,581,019 𝑄10 = 81,07 𝑚3 /𝑠 6 𝑄10 = 35600 × 33,6290,342 × 71,18−1,808 𝑄10 = 53,03 𝑚3 /𝑠 7 𝑄10 = 203 × 33,6290,459 × 71,18−1,301 × 40,580,813 𝑄10 = 80,52 𝑚3 /𝑠 8 𝑄10 = 22400 × 33,6290,363 × 6,650,059 × 71,18−1,808 𝑄10 = 51,89 𝑚3 /𝑠 Nous retenons également la moyenne qui est : 𝑄10 = 65,88 𝑚3 /𝑠 6. Estimation des débits de projet Rappelons que le passage du débit décennal au débit de projet de période de retour T se fait au moyen d’une relation linéaire de type : 𝑄 𝑇 = 𝐶 𝑇. 𝑄10. Le paramètre 𝐶 𝑇 est un coefficient majorateur, supérieur à 1. Le tableau n°3-15 ci-après, synthétise le calcul des coefficients 𝐶 𝑇 de passage au débit vingtennal, vicennal cinquantennal et centennal, en application des relations de la section 2.5 du chapitre 1.
  • 65. Juin 2018 ________________________________________ 51 Tableau n°3-15 : synthèse de calcul des coefficients majorateurs 𝑪 𝑻 Pour un débit décennal correspondant à un bassin versant donné, le débit de projet de période de retour T, s’obtient par multiplication du coefficient CT de période de retour T, par le débit décennal. Compte tenu du fait que les ouvrages avaient été dimensionnés au débit décennal, nous retenons les débits décennaux, comme débit de projet, pour la suite de nos travaux. 7. Conclusion partielle Les deux méthodes d’estimation des débits ont donné les résultats suivants : Bassin du OH128 méthode ORSTOM, 𝑄10 = 70,03 𝑚3 /𝑠,methode CIEH, 𝑄10 = 79,78 𝑚3 /𝑠 ; Bassin du OH156 méthode ORSTOM, 𝑄10 = 53,08 𝑚3 /𝑠,methode CIEH, 𝑄10 = 65,88 𝑚3 /𝑠 ; Ainsi pour la vérification de la capacité des ouvrages, objet du chapitre suivant, nous retenons une moyenne des débits des deux méthodes comme débit de projet, à savoir, pour le OH128 𝑄10 = 74,91 𝑚3 /𝑠 et pour le OH156 𝑄10 = 59,48 𝑚3 /𝑠. Bassins versants 𝑇𝑏10 (heure) 𝐾𝑟10 𝑃10 (mm) 𝑃20 (mm) 𝑃25 (mm) 𝑃50 (mm) 𝑃100 (mm) 𝐶20 𝐶25 𝐶50 𝐶100 OH128 13,96 0,43 88,97 101,04 104,90 116,72 128,43 1,30 1,39 1,68 1,97 OH156 12,69 0,41 88,97 101,04 104,90 116,72 128,43 1,31 1,40 1,70 2,00
  • 66. Juin 2018 ________________________________________ 52 CHAPITRE 4 : ETUDE HYDRAULIQUE A L’EXUTOIRE DES BASSINS VERSANTS 1. Introduction L’étude hydraulique ou le dimensionnement hydraulique ou encore la conception hydraulique, est à la base du calage de la hauteur de la route au droit d’un franchissement. Une bonne conception hydraulique présente plusieurs avantages parmi lesquels on peut citer, la diminution des coûts de construction de façon appréciable, la réduction des problèmes hydrauliques à long terme tels que les submersions de la chaussée, les érosions des talus de remblai… Dans ce chapitre il sera question de vérifier la capacité hydraulique des ouvrages, avec les débits de projet retenus, et si besoin est, de redimensionner ces ouvrages. 2. Rappel des caractéristiques géométriques des ouvrages existants Cas de l’ouvrage OH128 C’est un dalot de 4x3x2, dont la cote du radier se situe à 326,70 m, et la cote projet se situant à l’altitude 329,65 m. Cas de l’ouvrage OH156 Le OH156 est également un dalot en béton armé de 4x2x2. La cote radier se situe à 325,87 m d’altitude et la cote projet à 328,53 m. Les figures n°4-1 et n°4-2 ci-après présentent les profils en travers de la route, respectivement au droit de l’ouvrage OH128 et de l’ouvrage OH156.
  • 69. Juin 2018 ________________________________________ 55 3. Vérification de la capacité des ouvrages hydrauliques 3.1. Vérification de la capacité de l’ouvrage OH128 3.1.1.Détermination du régime d’écoulement à l’aval de l’ouvrage Nous supposons que la pente du ruisseau à l’aval de l’ouvrage est égale à l’indice global de pente du bassin versant soit 𝐼 = 5,52 𝑚/𝑘𝑚 = 0,00552 𝑚/𝑚. L’ouvrage comportant 4 cellules, le débit unitaire transitant dans une cellule correspond à 𝑞 = 𝑄10 4 = 74,91 4 = 18,7275 𝑚3 /𝑠. Nous assimilons le profil en travers du ruisseau, à l’aval immédiat d’une cellule, à une section trapézoïdale représentée sur la figure n°4-3 ci-dessous, sur laquelle la pente des talus est prise égale à 1/1 soit un fruit 𝑚 = 𝑐𝑜𝑡𝑔45° = 1 Figure n°4-3 : profil en travers du ruisseau à l’aval immédiat d’une cellule de dalot du OH128  Calcul de la profondeur d’eau normale ℎ 𝑛 𝑄 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 √𝐼 ⇒ 𝑄 √𝐼 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 = 𝐷 La valeur de 𝐾 est tirée du tableau n°1-2. 𝐾 = 25 correspondant au coefficient de rugosité de fossés trapézoïdaux enherbés. 𝑄 √𝐼 = 18,7275 √0,00552 = 252,0637 Le tableau n°4-1 ci-après permet par itération de calculer la hauteur normale ℎ 𝑛, qui fait coïncider 𝐷 = 𝐾𝑆𝑅ℎ 2/3 ≈ 𝟐𝟓𝟐, 𝟎𝟔𝟑𝟕
  • 70. Juin 2018 ________________________________________ 56 Tableau n°4-1 : calcul de la hauteur normale 𝒉 𝒏 ℎ 𝑛 𝑆 𝑃 𝑅ℎ 𝐷 1 4,4 6,228427 0,706438 87,25203 1,5 7,35 7,642641 0,961709 179,029 2 10,8 9,056854 1,192467 303,6183 1,75 9,0125 8,349747 1,079374 237,0827 1,8 9,36 8,491169 1,102322 249,7017 1,82 9,5004 8,547737 1,111452 254,8448 1,81 9,4301 8,519453 1,10689 252,2664 1,8092 9,424485 8,51719 1,106525 252,0607 Retenons ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚  Calcul de la profondeur critique ℎ 𝑐 De la relation 𝑄2 𝑙 𝑔𝑆3 = 1 ⇒ 𝑄 √ 𝑔 = 𝑆√ 𝑆 𝑙 = 𝐹 𝑄 √ 𝑔 = 18,7275 √9,81 = 5,97923059 Le tableau n°4-2 ci-dessous permet de calculer la hauteur critique ℎ 𝑐 pour laquelle 𝐹 = 𝑆√ 𝑆 𝑙 ≈ 𝟓, 𝟗𝟕𝟗𝟐𝟑𝟎𝟓𝟗 Tableau n°4-2 : calcul de la hauteur critique 𝒉 𝒄 ℎ 𝑐 𝑆 𝑙 𝑆/𝑙 𝐹 1 4,4 5,4 0,814815 3,971752 1,5 7,35 6,4 1,148438 7,87664 1,25 5,8125 5,9 0.985169 5,769238 1,255 5,842025 5,91 0,988498 5,808331 1,257 5,853849 5,914 0,989829 5,824003 1,259 5,865681 5,918 0,991159 5,839695 1,27 5,9309 5,94 0,998468 5,926355 1,277 5,972529 5,954 1,003112 5,981815 1,276 5,966576 5,952 1,002449 5,973877 Retenons ℎ 𝑐 = 1,28 𝑚 ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚 > ℎ 𝑐 = 1,28 𝑚
  • 71. Juin 2018 ________________________________________ 57 Le régime à l’aval de l’ouvrage est donc fluvial ; l’ouvrage devrait être calé en régime fluvial (cf. figure n°1-1). 3.1.2.Calage de l’ouvrage Le coefficient de rugosité 𝐾 du dalot en béton armé est pris égal à 70 (cf. tableau n°1- 2) ; le fruit des talus 𝑚 = 0, car la section est rectangulaire ; l’ouverture d’une cellule de dalot correspond à 𝑏 = 3 𝑚.  Calcul de la hauteur d’eau critique 𝑦𝑐 dans l’ouvrage 𝑄 √ 𝑔 = 5,97923059 Le tableau n°4-3 ci-dessous permet le calcul de 𝑦𝑐 qui fait égaler la quantité 𝐹 = 𝑆√ 𝑆 𝑙 à 5,97923059 Tableau n°4-3 : calcul de la hauteur d’eau critique 𝒚 𝒄 𝑦𝑐 𝑆 𝑙 𝑆/𝑙 𝐹 1 3 3 1 3 1,255 3,765 3 1,255 4,217808 1,5 4,5 3 1,5 5,511352 1,55 4,65 3 1,55 5,789203 1,58 4,74 3 1,58 5,958088 1,585 4,755 3 1,585 5,986392 Retenons 𝑦𝑐 = 1,58 𝑚  Déterminons la hauteur d’eau normale 𝑦𝑛 dans l’ouvrage L’ouvrage devant fonctionner en régime fluvial, la hauteur normale d’eau 𝑦𝑛 est : 𝑦𝑛 = 1,20𝑦𝑐 (cf. figure n°1-1) Soit 𝑦𝑛 = 1,20 × 1,58 𝑦𝑛 = 1,90 𝑚  Calcul de la vitesse d’écoulement de l’eau 𝑉 dans l’ouvrage ℎ 𝑛 = 1,81 𝑚 et 𝑦𝑛 = 1,90 𝑚. ⇒ 𝑦𝑛 > ℎ 𝑛 la hauteur d’eau à l’entrée de l’ouvrage 𝑦𝑒 = 𝑦𝑛 = 1,90 𝑚
  • 72. Juin 2018 ________________________________________ 58 Connaissant 𝑦𝑒, et la largeur d’une cellule de dalot, la section mouillée équivalente est : 𝑆 = 𝑦𝑒 × 3 = 1,90 × 3 soit 𝑆 = 5,7 𝑚2 La vitesse d’écoulement dans l’ouvrage vaut alors 𝑉 = 𝑄 𝑆 , avec 𝑄 le débit s’ecoulant à travers une cellule. 𝑉 = 18,7275 5,7 ⇒ 𝑉 = 3,28 𝑚/𝑠  Calcul de la hauteur d’eau amont 𝐻 𝑎𝑚 La formule donnant 𝐻 𝑎𝑚 s’écrit : 𝐻 𝑎𝑚 = 𝑦𝑒 + (1 + 𝐾𝑒) 𝑉2 2𝑔 Le coefficient d’entonnement 𝐾𝑒 est pris égal à 0,5, correspondant à un ouvrage muni de mur de tête, et de murs en aile (cf. tableau n°1-1). ⇒ 𝐻 𝑎𝑚 = 1,90 + (1 + 0,5) 3,282 2 × 9,81 𝐻 𝑎𝑚 = 2,72 𝑚 En prenant comme référence, la cote amont, à 327,14 (cf. figure n°4-1), la hauteur d’eau amont atteint alors la cote 327,14 + 2,72 = 𝟑𝟐𝟗, 𝟖𝟔 qui est au-dessus de la cote projet dont la valeur est 329,65 𝑚 d’altitude. La différence de cote donne une lame d’eau d’environ 0,21 𝑚 au dessus de la chaussée, dans les conditions d’averse et de coefficient de ruissellement définies au chapitre 3. L’estimation de la lame d’eau à partir des laisses de crue, sur le terrain donne une hauteur d’environ 0,30 𝑚 au-dessus de la ligne rouge et au droit de l’ouvrage. Par ailleurs la hauteur normale d’eau dans l’ouvrage 𝑦𝑛 ne satisfait pas la condition 𝑦𝑛 ≤ 0,75 fois la hauteur de l’OH ; aussi on constate que la hauteur d’eau amont 𝐻 𝑎𝑚 > 1,20 fois la hauteur de l’ouvrage. Par conséquent les dimensions de l’ouvrage OH128 doivent être revisitées afin d’assurer à cet ouvrage et la route un bon fonctionnement hydraulique.