Les ouvrages hydrologiques

Concevoir, dimensionner et intégrer les infrastructures de gestion de l’eau

Un jardin résilient ne se contente pas de recevoir la pluie.

Il doit être capable de transformer son énergie hydraulique.

Une pluie intense arrive avec une certaine quantité d’eau, mais surtout avec une certaine vitesse, une certaine concentration et une certaine énergie.

L’objectif des ouvrages hydrologiques n’est donc pas simplement de « retenir l’eau ».

Il consiste à :

ralentir ;
répartir ;
infiltrer ;
stocker temporairement ;
filtrer ;
protéger le sol ;
limiter l’érosion ;
sécuriser les écoulements ;
restituer progressivement l’eau au système.

Dans la Vision Omakëya™, les ouvrages hydrologiques sont donc considérés comme des infrastructures écologiques multifonctionnelles.

Une noue peut être à la fois :

un ouvrage hydraulique ;
une bande végétalisée ;
un corridor biologique ;
un filtre ;
une zone d’infiltration ;
un élément paysager.

Une baissière peut être simultanément :

une structure topographique ;
un ralentisseur hydraulique ;
un dispositif d’infiltration ;
une infrastructure de conservation des sols.

Mais une règle doit rester absolue :

Un ouvrage hydrologique se dimensionne à partir du flux qu’il doit recevoir, et non à partir de sa forme.

1. Avant de construire : définir la fonction hydraulique

Tous les ouvrages ne font pas la même chose.

Ouvrage	Fonction dominante
Noue	ralentir + transporter + infiltrer
Baissière / swale	intercepter + ralentir + infiltrer
Fossé vivant	transporter + ralentir + filtrer
Rigole	conduire un petit débit
Micro-barrage	ralentir + stocker temporairement
Seuil filtrant	dissiper l’énergie + retenir les sédiments
Tranchée drainante	infiltrer ou drainer selon conception
Bassin d’infiltration	stocker temporairement + infiltrer

Il faut donc commencer par définir :

Quel problème hydraulique cherche-t-on à résoudre ?

Par exemple :

ruissellement provenant d’un toit ;
écoulement d’un chemin ;
ruissellement agricole ;
ravinement ;
saturation ponctuelle ;
concentration d’un talweg ;
infiltration insuffisante ;
protection d’une parcelle en aval.

2. Les données nécessaires au dimensionnement

Un dimensionnement hydraulique sérieux nécessite au minimum :

Géométrie

surface contributive ;
longueur hydraulique ;
pente ;
largeur ;
profondeur ;
géométrie de l’ouvrage.

Pluie

hauteur de pluie ;
durée ;
intensité ;
période de retour ;
distribution temporelle.

Sol

texture ;
structure ;
capacité d’infiltration ;
profondeur ;
niveau de nappe ;
perméabilité ;
réserve utile.

Occupation du sol

forêt ;
prairie ;
cultures ;
sol nu ;
toiture ;
voirie ;
chemin ;
surfaces compactées.

Fonctionnement

volume à gérer ;
débit de pointe ;
temps de vidange ;
fréquence des événements ;
volume de sécurité ;
débit de fuite.

3. La surface contributive

Avant de dimensionner un ouvrage, il faut déterminer la surface qui l’alimente.

Cette surface est appelée :

surface contributive ou bassin versant élémentaire.

Elle peut être très petite :

20 m² de toiture ;

ou beaucoup plus importante :

plusieurs hectares de versant.

Une erreur de dimensionnement peut facilement apparaître si l’on ne considère que la parcelle où se trouve l’ouvrage.

Un fossé situé en bas d’un terrain peut recevoir de l’eau provenant de plusieurs propriétés ou surfaces situées en amont.

4. Le volume de pluie

Le premier calcul est extrêmement simple.

Pour une pluie de hauteur (P) tombant sur une surface (A) :

[
V=P\times A
]

avec :

(V) = volume d’eau ;
(P) = hauteur de pluie en mètres ;
(A) = surface en m².

Exemple

Une toiture de :

[
A=150,m^2
]

reçoit :

[
P=30,mm=0,030,m
]

Le volume théorique est :

[
V=0,030\times150
]

soit :

[
\boxed{V=4,5,m^3}
]

Une pluie de seulement 30 mm représente donc déjà 4 500 litres sur cette toiture.

5. Coefficient de ruissellement

Toute la pluie ne devient pas nécessairement du ruissellement.

On introduit un coefficient de ruissellement (C).

Le volume ruisselé peut être approximé par :

[
V_r=C,P,A
]

Avec par exemple :

toiture : (C) proche de 1 ;
surface très imperméable : élevé ;
sol végétalisé : plus faible ;
forêt : généralement faible à modéré selon les conditions.

Il faut cependant éviter de considérer ces coefficients comme des constantes universelles.

Ils dépendent :

de la pluie ;
de l’humidité initiale ;
de la pente ;
du sol ;
de la couverture ;
de l’état de surface.

6. Exemple de ruissellement

Supposons :

[
A=2,000,m^2
]

[
P=40,mm
]

et :

[
C=0,35
]

Alors :

[
V_r=0,35\times0,040\times2,000
]

[
V_r=28,m^3
]

Le système doit donc potentiellement gérer environ :

[
\boxed{28,m^3}
]

de ruissellement.

Ce chiffre change complètement la conception.

Une petite rigole n’est plus suffisante.

7. Débit de pointe : la méthode rationnelle

Pour les petits bassins versants, une première estimation du débit de pointe peut être réalisée avec la méthode rationnelle :

[
Q_p=C,i,A
]

avec les unités correctement converties.

En pratique, avec :

(Q_p) en m³/s ;
(i) en m/s ;
(A) en m².

Cette méthode est particulièrement utile pour obtenir un ordre de grandeur du débit maximal.

Elle ne donne cependant pas directement le volume total.

8. Pourquoi le débit de pointe est important

Deux pluies peuvent produire le même volume mais des débits très différents.

Pluie A

30 mm en 6 heures.

Pluie B

30 mm en 20 minutes.

Le volume total peut être identique.

Mais la seconde pluie peut produire un débit de pointe beaucoup plus important.

Un ouvrage peut donc avoir :

assez de volume ;

mais :

une section hydraulique insuffisante.

Il faut donc dimensionner séparément :

volume + débit.

9. Le temps de concentration

Le temps de concentration (T_c) joue un rôle central.

Il correspond approximativement au temps nécessaire pour que l’eau provenant de la partie hydrologiquement la plus éloignée du bassin atteigne l’exutoire.

Il dépend notamment :

de la longueur du parcours ;
de la pente ;
de la rugosité ;
des surfaces ;
des ouvrages ;
de la vitesse d’écoulement.

Il sert notamment à déterminer quelle durée de pluie peut être critique pour le débit de pointe.

10. La pluie de projet

Il faut ensuite définir une pluie de projet.

On choisit :

une période de retour ;
une durée ;
une intensité.

Par exemple :

pluie décennale ;
pluie trentennale ;
pluie centennale.

La période de retour ne signifie pas qu’une pluie donnée ne peut arriver qu’une fois tous les X ans.

Une pluie décennale correspond à un événement ayant une probabilité annuelle d’environ 10 % d’être dépassé, sous les hypothèses statistiques utilisées.

Le choix de la période de retour dépend de l’enjeu.

Un petit ouvrage paysager n’a pas les mêmes exigences qu’un ouvrage protégeant une habitation.

11. Les noues

Une noue est une dépression longitudinale végétalisée permettant généralement de :

recevoir ;
ralentir ;
transporter ;
infiltrer ;
filtrer.

Elle peut être :

longitudinale ;
en courbe de niveau ;
légèrement inclinée ;
reliée à d’autres ouvrages.

La noue constitue souvent un excellent ouvrage de transition entre le ruissellement et le sol.

12. Géométrie d’une noue

On peut définir :

largeur en surface (B) ;
profondeur (y) ;
largeur de fond (b) ;
pente des talus (z:1).

Pour une section trapézoïdale :

[
A_s=y(b+zy)
]

où (A_s) représente l’aire de section hydraulique.

Le périmètre mouillé est :

[
P_m=b+2y\sqrt{1+z^2}
]

Le rayon hydraulique est :

[
R_h=\frac{A_s}{P_m}
]

13. Calcul du débit dans une noue

Pour un écoulement à surface libre, on peut utiliser la formule de Manning :

[
Q=\frac{1}{n}A_sR_h^{2/3}S^{1/2}
]

où :

(Q) = débit ;
(n) = coefficient de rugosité de Manning ;
(A_s) = section mouillée ;
(R_h) = rayon hydraulique ;
(S) = pente longitudinale.

La végétation augmente généralement la rugosité et donc modifie la capacité hydraulique.

Cela signifie qu’une noue végétalisée ne doit pas être dimensionnée comme un canal bétonné.

14. Exemple de noue

Supposons :

fond (b=0,40,m) ;
profondeur (y=0,25,m) ;
talus (z=3) ;
pente (S=0,01) ;
(n=0,05).

Section :

[
A_s=0,25(0,40+3\times0,25)
]

[
A_s=0,2875,m^2
]

Périmètre mouillé :

[
P_m=0,40+2(0,25)\sqrt{10}
]

soit environ :

[
P_m\approx1,98,m
]

Donc :

[
R_h\approx0,145,m
]

On peut ensuite calculer le débit admissible avec Manning.

Cet exemple montre surtout une chose :

la largeur et la profondeur d’une noue ne peuvent pas être choisies uniquement pour des raisons paysagères.

15. Les baissières — swales

La baissière, ou swale, est généralement conçue comme une dépression suivant approximativement les courbes de niveau.

Son objectif principal est de :

ralentir le ruissellement ;
répartir l’eau ;
favoriser l’infiltration ;
réduire l’érosion.

Elle fonctionne davantage comme une infrastructure de redistribution que comme un canal d’évacuation.

16. Baissière ≠ fossé d’évacuation

Cette distinction est fondamentale.

Un fossé classique cherche souvent à :

conduire l’eau vers l’aval.

Une baissière cherche plutôt à :

ralentir et répartir l’eau sur le terrain.

Il ne faut donc pas utiliser indifféremment les deux termes.

Une baissière mal conçue peut devenir un canal concentrant l’eau.

Elle doit donc disposer d’un système de sécurité :

déversoir ;
exutoire ;
chemin de trop-plein.

17. Dimensionnement d’une baissière

On peut raisonner sur trois paramètres :

Volume temporaire

[
V_{stock}
]

Surface d’infiltration

[
A_{inf}
]

Débit de débordement

[
Q_{déversoir}
]

L’objectif est de vérifier que :

[
V_{entrant}\leq V_{stock}+V_{infiltré}
]

pendant la durée de l’événement.

18. Capacité d’infiltration

Une approximation simplifiée consiste à utiliser :

[
Q_{inf}=K,A_{inf}
]

où :

(K) = conductivité hydraulique effective ;
(A_{inf}) = surface effectivement infiltrante.

Mais cette relation doit être utilisée avec prudence.

L’infiltration réelle dépend :

de la saturation ;
de la charge hydraulique ;
de la structure ;
de la profondeur ;
de l’hétérogénéité du sol.

Pour un ouvrage important, une étude géotechnique ou hydrologique plus poussée est nécessaire.

19. Exemple d’infiltration

Supposons :

[
K=10^{-5},m/s
]

et :

[
A_{inf}=100,m^2
]

Alors :

[
Q_{inf}=10^{-5}\times100
]

[
Q_{inf}=0,001,m^3/s
]

soit :

[
3,6,m^3/h
]

Sur 6 heures, si cette capacité restait constante :

[
V\approx21,6,m^3
]

Mais cette dernière extrapolation est volontairement simplifiée : la capacité d’infiltration n’est généralement pas constante pendant tout l’événement.

20. Les fossés vivants

Le fossé vivant associe :

hydraulique + végétation + sol + biodiversité.

Il peut :

transporter ;
ralentir ;
infiltrer ;
filtrer ;
retenir les sédiments ;
créer un habitat.

La végétation peut également protéger les berges contre l’érosion.

Le dimensionnement doit néanmoins considérer la résistance de la végétation aux vitesses et contraintes hydrauliques prévues.

21. Les rigoles

Les rigoles sont adaptées à des flux relativement faibles et localisés.

Elles peuvent servir à :

conduire l’eau d’une toiture ;
guider un écoulement vers une noue ;
alimenter un bassin ;
protéger un chemin.

Elles doivent être dimensionnées en fonction du débit.

Une rigole sous-dimensionnée peut devenir un canal d’érosion.

22. Les micro-barrages

Les micro-barrages permettent de fragmenter un écoulement.

Ils peuvent :

réduire la pente hydraulique effective ;
diminuer la vitesse ;
créer de petits volumes de stockage ;
favoriser la sédimentation ;
limiter le ravinement.

Ils sont particulièrement intéressants dans certains fossés ou petits talwegs.

Mais ils doivent être conçus avec prudence.

Un ouvrage qui cède brutalement peut libérer :

l’eau ;
les sédiments ;
une énergie importante.

23. Les seuils filtrants

Les seuils filtrants peuvent être constitués de matériaux perméables ou de dispositifs végétalisés.

Leur fonction peut être :

ralentissement ;
dissipation d’énergie ;
filtration ;
capture des sédiments.

Le principe n’est pas de créer une retenue permanente mais de réduire progressivement l’énergie de l’écoulement.

24. Le problème des sédiments

Tout système de ralentissement doit considérer les sédiments.

Lorsque la vitesse diminue :

capacité de transport ↓

donc :

dépôt ↑

C’est généralement positif.

Mais cela signifie aussi qu’un seuil ou une noue peut progressivement perdre de sa capacité.

Il faut donc prévoir :

accès ;
curage ponctuel ;
zones de dépôt ;
surveillance ;
gestion de la végétation.

L’entretien fait partie du dimensionnement.

25. Tranchées drainantes

Une tranchée drainante est généralement constituée :

d’une excavation ;
d’un matériau drainant ;
éventuellement d’un géotextile ;
éventuellement d’un drain ;
d’une zone d’infiltration.

Mais deux fonctions doivent être clairement distinguées.

Tranchée d’infiltration

Objectif :

faire pénétrer l’eau dans le sol.

Tranchée drainante avec drain

Objectif :

collecter et transporter l’eau.

Ce sont deux systèmes hydrauliques différents.

26. Volume d’une tranchée drainante

Si :

longueur (L) ;
largeur (b) ;
profondeur (h) ;

le volume géométrique est :

[
V_g=Lbh
]

Mais le volume réellement disponible pour l’eau dépend de la porosité utile du matériau.

Si la porosité efficace vaut (n_e) :

[
V_{utile}=Lbh,n_e
]

Exemple

[
L=20,m
]

[
b=0,60,m
]

[
h=0,80,m
]

Volume géométrique :

[
V_g=20\times0,60\times0,80
]

[
V_g=9,6,m^3
]

Avec une porosité efficace de 0,35 :

[
V_{utile}=9,6\times0,35
]

[
\boxed{V_{utile}=3,36,m^3}
]

Il serait donc incorrect de considérer les 9,6 m³ comme un volume d’eau disponible.

27. Bassins d’infiltration

Le bassin d’infiltration constitue une infrastructure plus importante.

Il fonctionne selon une succession :

arrivée → stockage temporaire → infiltration → vidange.

Il faut vérifier :

le volume entrant ;
le volume disponible ;
la surface infiltrante ;
la vitesse de vidange ;
le niveau maximal ;
le trop-plein ;
la stabilité des talus.

28. Dimensionnement simplifié d’un bassin

On peut écrire :

[
V_{stock,max}\geq V_{entrant}-V_{infiltré}
]

avec :

[
V_{infiltré}\approx K,A_{inf},t
]

dans une approximation simplifiée.

Mais le calcul réel doit idéalement être effectué par pas de temps.

On écrit alors :

[
\Delta V=(Q_{entrant}-Q_{sortant})\Delta t
]

et :

[
V_{t+\Delta t}=V_t+\Delta V
]

C’est la base d’un modèle hydrologique dynamique.

29. Exemple dynamique simplifié

Supposons un bassin recevant :

[
Q_{entrant}=10,L/s
]

pendant :

[
30,min
]

Le volume entrant est :

[
V=10\times1,800
]

[
V=18,000,L
]

soit :

[
18,m^3
]

Si l’infiltration moyenne pendant l’événement correspond à :

[
Q_{inf}=4,L/s
]

alors :

[
V_{inf}=4\times1,800
]

[
V_{inf}=7,2,m^3
]

Le stockage nécessaire est donc approximativement :

[
18-7,2=10,8,m^3
]

Il faudrait donc prévoir au minimum environ :

[
\boxed{10,8,m^3}
]

de stockage dynamique, auquel il faut ajouter une marge de sécurité et vérifier les hypothèses.

30. La vidange

Un bassin d’infiltration ne doit pas seulement être dimensionné pour se remplir.

Il faut vérifier sa vidange.

Le temps de vidange approximatif peut être estimé par :

[
t\approx\frac{V}{Q_{inf}}
]

dans une approximation très simplifiée.

Avec :

[
V=20,m^3
]

et :

[
Q_{inf}=0,001,m^3/s
]

on obtient :

[
t=20,000,s
]

soit environ :

[
5,6,h
]

Mais la capacité d’infiltration diminuera potentiellement lorsque le sol se sature.

Il faut donc éviter de prendre ce résultat comme une garantie.

31. Le trop-plein : élément obligatoire

Tout ouvrage de gestion de l’eau doit répondre à la question :

Que se passe-t-il lorsque l’événement dépasse la capacité prévue ?

La réponse ne doit jamais être :

« On verra bien. »

Il faut prévoir un chemin de sécurité.

Cela peut être :

déversoir ;
seuil ;
canal de fuite ;
exutoire végétalisé ;
zone d’expansion.

Le trop-plein doit être capable de conduire l’eau sans provoquer de rupture ou d’érosion dangereuse.

32. Le principe du double dimensionnement

Un ouvrage hydrologique doit généralement être conçu selon deux niveaux :

Fonctionnement normal

Pour les pluies courantes :

infiltration ;
stockage ;
filtration ;
utilisation.

Fonctionnement exceptionnel

Pour les événements plus importants :

débordement contrôlé ;
évacuation ;
protection des structures ;
absence de rupture catastrophique.

C’est le principe de résilience hydraulique.

33. Chaîner les ouvrages

Il est souvent préférable de ne pas demander à un seul ouvrage de gérer tout le flux.

On peut créer une chaîne :

toiture

↓

cuve

↓

noue

↓

bassin d’infiltration

↓

mare

↓

zone humide

↓

exutoire sécurisé

Chaque élément prend en charge une partie du flux.

Cette redondance augmente la robustesse.

34. Exemple de chaîne hydrologique

Supposons :

toiture : 200 m² ;
pluie : 50 mm.

Volume théorique :

[
V=0,05\times200=10,m^3
]

On peut imaginer :

Étape 1

Cuve :

[
4,m^3
]

Étape 2

Noues :

[
2,m^3
]

Étape 3

Infiltration pendant l’événement :

[
2,m^3
]

Étape 4

Bassin tampon :

[
2,m^3
]

Les 10 m³ sont ainsi répartis entre :

stockage ;
infiltration ;
stockage temporaire.

Le système n’a pas besoin d’un unique bassin de 10 m³.

35. Les courbes de niveau

Pour les ouvrages de ralentissement, les courbes de niveau sont fondamentales.

Un ouvrage suivant approximativement une courbe de niveau tend à réduire la composante de pente responsable de l’accélération du flux.

Mais « suivre la courbe de niveau » ne signifie pas nécessairement créer une ligne parfaitement horizontale.

Le terrain réel peut nécessiter :

pentes très faibles ;
points de décharge ;
déversoirs ;
segmentation.

La précision topographique devient importante.

36. L’énergie de l’eau

L’eau possède une énergie potentielle liée à sa hauteur.

On peut la considérer conceptuellement par :

[
E_p=mgh
]

Plus la masse d’eau est importante et plus la différence de hauteur est importante, plus l’énergie potentielle est élevée.

Lorsqu’elle s’écoule, cette énergie peut être transformée en :

vitesse ;
érosion ;
turbulence ;
chaleur dissipée.

Les ouvrages hydrologiques cherchent en grande partie à dissiper cette énergie progressivement.

37. Pourquoi les successions de petits ouvrages sont efficaces

Un seul grand saut hydraulique peut créer :

forte vitesse ;
turbulence ;
érosion.

Une succession de petits seuils peut au contraire diviser la chute en plusieurs étapes.

On obtient :

hauteur totale

→

petites pertes d’énergie successives

→

écoulement plus lent

→

érosion réduite.

Cela explique l’intérêt potentiel des micro-barrages et seuils filtrants dans certains contextes.

38. L’ouvrage doit être compatible avec le sol

Le même ouvrage peut fonctionner correctement dans un sol et très mal dans un autre.

Sol très infiltrant

Le stockage temporaire peut être rapidement absorbé.

Sol argileux compacté

L’eau peut rester longtemps en surface.

Sol avec nappe proche

L’infiltration profonde peut être limitée.

Sol très érodible

Un écoulement concentré peut dégrader rapidement l’ouvrage.

Le dimensionnement hydraulique doit donc toujours être couplé au diagnostic pédologique et géotechnique.

39. L’entretien fait partie de l’ingénierie

Un ouvrage parfaitement dimensionné mais jamais entretenu peut perdre rapidement sa fonction.

Il faut prévoir :

contrôle des entrées ;
contrôle des sorties ;
gestion des sédiments ;
contrôle de la végétation ;
vérification des talus ;
inspection des déversoirs ;
suppression des obstructions ;
surveillance après événement intense.

La conception doit intégrer :

construction + fonctionnement + entretien + vieillissement.

40. Dimensionnement sur le cycle de vie

Il faut également considérer :

tassement ;
colmatage ;
développement des racines ;
évolution de la végétation ;
accumulation de sédiments ;
modification du bassin versant ;
augmentation des surfaces imperméabilisées ;
changement climatique.

Un ouvrage prévu pour fonctionner pendant plusieurs décennies doit être capable de supporter l’évolution de son environnement.

41. Le changement climatique

Les ouvrages historiques ont souvent été dimensionnés à partir de statistiques pluviométriques passées.

Or le futur peut modifier :

intensité des pluies ;
fréquence des épisodes extrêmes ;
durée des sécheresses ;
état initial des sols ;
température ;
évapotranspiration.

Il faut donc tester plusieurs scénarios :

climat actuel

→

2030

→

2050

→

2080

→

2100

La question devient :

L’ouvrage reste-t-il fonctionnel lorsque les conditions changent ?

42. Concevoir avec plusieurs niveaux de sécurité

Une conception robuste peut comporter :

Niveau 1

Gestion des pluies courantes.

Niveau 2

Gestion des événements importants.

Niveau 3

Gestion des événements exceptionnels.

Niveau 4

Chemin d’urgence.

Cette approche est préférable à un dimensionnement basé sur une seule valeur théorique.

43. Matrice de choix des ouvrages

Situation	Ouvrage prioritaire	Fonction
Petit ruissellement diffus	Bande végétalisée	ralentir
Toiture	Cuve + noue/infiltration	stocker + infiltrer
Chemin	Fossé vivant	conduire + infiltrer
Versant	Baissière	ralentir + répartir
Ravinement	Seuils	dissiper
Petit talweg	Micro-barrages	ralentir
Sol infiltrant	Bassin d’infiltration	infiltrer
Sol peu infiltrant	Bassin tampon + exutoire	stocker
Zone humide	Conservation prioritaire	stockage écologique
Forte pente	Ouvrages en cascade	dissiper énergie

44. Une architecture hydrologique complète

Un terrain résilient peut être organisé selon :

1. Capture

Toitures, végétation, relief.

↓

2. Distribution

Rigoles, noues, baissières.

↓

3. Ralentissement

Végétation, rugosité, seuils.

↓

4. Infiltration

Sol vivant, biopores, bassins.

↓

5. Stockage

Sol, mares, bassins, citernes.

↓

6. Filtration

Végétation, sols, zones humides.

↓

7. Débordement contrôlé

Déversoirs et exutoires.

↓

8. Restitution

Infiltration profonde, évapotranspiration, écoulement naturel.

45. L’eau comme réseau plutôt que comme ouvrage isolé

La Vision Omakëya™ ne cherche donc pas à construire :

un bassin.

Elle cherche à construire :

un réseau hydrologique.

Le réseau associe :

relief ;
sol ;
végétation ;
noues ;
fossés ;
mares ;
bassins ;
réservoirs ;
zones humides ;
exutoires.

Chaque élément possède une fonction.

Le système global devient plus résilient parce qu’aucun élément n’est obligé de tout faire.

46. Le dimensionnement par bilan hydrique

À l’échelle d’un ouvrage, le principe fondamental reste :

[
\Delta V=V_{entrée}-V_{sortie}
]

ou, sous forme dynamique :

[
\frac{dV}{dt}=Q_{entrée}-Q_{sortie}
]

Le volume du système augmente lorsque :

[
Q_{entrée}>Q_{sortie}
]

et diminue lorsque :

[
Q_{entrée}<Q_{sortie}.
]

C’est cette équation simple qui se trouve derrière pratiquement toute la gestion dynamique des ouvrages hydrologiques.

47. Vers la simulation hydraulique

Pour un projet complexe, on peut discrétiser le temps.

Par exemple :

[
\Delta t=5,min
]

À chaque intervalle :

calcul du débit entrant ;
calcul du débit infiltré ;
calcul du débit évacué ;
calcul du volume restant ;
calcul du niveau ;
vérification du déversoir.

On obtient une série :

Temps	Entrée	Infiltration	Sortie	Stock
0 min	0	0	0	0
5 min	2 m³	0,5 m³	0	1,5 m³
10 min	4 m³	0,7 m³	0	4,8 m³
15 min	5 m³	0,8 m³	0,5 m³	8,5 m³
20 min	3 m³	0,9 m³	1 m³	9,6 m³
25 min	1 m³	0,8 m³	1 m³	8,8 m³

Ce type de simulation permet de connaître le volume maximal réellement nécessaire, plutôt que de simplement multiplier une hauteur de pluie par une surface.

48. La règle d’or : ne jamais dimensionner uniquement sur la moyenne

Une moyenne annuelle de pluie est pratiquement inutile pour dimensionner un ouvrage hydraulique.

Il faut connaître :

les pluies courantes ;
les pluies intenses ;
les durées ;
les périodes sèches ;
l’humidité initiale du sol ;
les événements extrêmes.

Un bassin peut être parfaitement adapté à la pluie moyenne annuelle et totalement insuffisant face à un événement de quelques dizaines de minutes.

49. La conception Omakëya™ des ouvrages hydrologiques

La méthode peut être résumée en dix étapes.

Étape 1 — Observer

Lire les traces de l’eau.

Étape 2 — Cartographier

Déterminer bassin versant, pentes, talwegs et exutoires.

Étape 3 — Mesurer

Pluie, infiltration, topographie, sol.

Étape 4 — Définir les événements

Pluie courante, intense, exceptionnelle.

Étape 5 — Calculer

Volume + débit + infiltration.

Étape 6 — Choisir les fonctions

Ralentir, infiltrer, stocker, filtrer, évacuer.

Étape 7 — Choisir les ouvrages

Noue, baissière, fossé, seuil, bassin, etc.

Étape 8 — Chaîner

Éviter de faire dépendre tout le système d’un seul ouvrage.

Étape 9 — Sécuriser

Prévoir trop-pleins et chemins d’urgence.

Étape 10 — Observer et recalibrer

Comparer le modèle au comportement réel.

50. Tableau final de dimensionnement

Paramètre	Symbole	Question
Surface contributive	(A)	Combien de terrain alimente l’ouvrage ?
Pluie	(P)	Quelle quantité tombe ?
Intensité	(i)	À quelle vitesse tombe-t-elle ?
Coefficient de ruissellement	(C)	Quelle fraction ruisselle ?
Volume ruisselé	(V_r)	Combien d’eau arrive ?
Temps de concentration	(T_c)	Quand le débit maximal apparaît-il ?
Débit de pointe	(Q_p)	Quel débit faut-il faire passer ?
Conductivité hydraulique	(K)	À quelle vitesse le sol peut-il infiltrer ?
Surface infiltrante	(A_{inf})	Quelle surface absorbe l’eau ?
Volume de stockage	(V_s)	Quelle quantité doit être temporairement retenue ?
Niveau maximal	(H_{max})	Quelle hauteur d’eau est acceptable ?
Déversoir	(Q_d)	Comment gérer le surplus ?
Temps de vidange	(T_v)	Combien de temps l’ouvrage reste-t-il en charge ?

Construire un réseau hydraulique vivant

Les ouvrages hydrologiques ne doivent pas être considérés comme une collection de formes paysagères.

Une noue n’est pas simplement une dépression.

Une baissière n’est pas simplement un fossé horizontal.

Un bassin n’est pas simplement un trou rempli d’eau.

Un seuil n’est pas simplement une petite digue.

Chacun transforme un flux.

La véritable ingénierie consiste à comprendre :

d’où vient l’eau → quelle quantité arrive → avec quelle intensité → à quelle vitesse → où elle doit aller → quelle quantité peut être infiltrée → quelle quantité doit être stockée → comment gérer le surplus → comment assurer la sécurité.

Le dimensionnement doit donc associer :

hydrologie + hydraulique + pédologie + topographie + écologie + génie civil + végétation.

La conception Omakëya™ privilégie ensuite une hiérarchie :

infiltrer lorsque le sol peut recevoir → ralentir lorsque l’eau circule trop vite → répartir lorsque le flux est concentré → stocker temporairement lorsque les volumes dépassent la capacité instantanée du sol → évacuer de manière contrôlée lorsque le système est dépassé.

L’objectif n’est pas d’empêcher l’eau de circuler.

Il est de transformer une circulation parfois brutale en une succession de flux lents, distribués, infiltrants et stockants.

Le jardin devient alors une véritable infrastructure hydraulique.

Et cette infrastructure n’est pas seulement constituée de béton, de pierres ou de tuyaux.

Elle est construite avec :

le relief ;
le sol ;
les racines ;
les champignons ;
les haies ;
les mares ;
les fossés ;
les noues ;
les bassins ;
les zones humides ;
les arbres.

Le meilleur ouvrage hydrologique est ainsi souvent celui qui travaille avec le terrain plutôt que contre lui.

La prochaine étape logique consiste à traiter « Les mares et bassins : stocker l’eau sans détruire le fonctionnement naturel », avec le dimensionnement des volumes, profondeur, surface, évaporation, bilan hydrique saisonnier, alimentation, trop-plein, sécurité, biodiversité et rôle microclimatique.