Étude et modélisation des processus physiques contrôlant les échanges d'eau entre les rues et les bâtiments lors d'une inondation urbaine
Langue Français
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Auteur : Choley, Cécile
Date de soutenance : 14-12-2023
Directeur(s) de thèse : Mosé, Robert - Finaud-Guyot, Pascal
Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Discipline : Mécanique des fluides
Classification : Physique
Mots-clés libres : Gestion des inondations, Modélisation numérique, Équations de Saint-Venant 2D, Modèle d’échanges rue-bâti
Mots-clés :
- Inondations
- Modèles mathématiques
- Inondations
- Simulation par ordinateur
Résumé : Cette thèse s’intéresse à la modélisation des inondations urbaines et à la prise en compte des bâtiments. La gestion des inondations assurée par les services publics s'appuie notamment sur des modèles numériques bidimensionnels. Ces modèles ne représentent pas ou seulement partiellement les échanges entre les rues et les bâtiments. Pourtant, les retours d’expérience et les images rapportent que l’eau pénètre dans les habitations, menaçant ainsi les personnes et leurs biens. Tandis que certains bâtiments jouent le rôle de réservoirs et stockent temporairement voire définitivement une partie du volume de l’inondation, d’autres sont traversés par les écoulements lorsqu’ils sont connectés à plusieurs rues. Pour caractériser l’effet des bâtiments sur l’inondation, un nouveau modèle numérique est proposé, basé sur l’intégration d’un terme source supplémentaire dans les équations de Saint-Venant 2D. Le concept du modèle rue-bâti s’inspire des modèles à casiers, où rue et bâtiment échangent un flux à travers des ouvertures, telles que les portes et les fenêtres. L’écoulement transversal est contrôlé par des lois de débit, élaborées à partir de simulations tridimensionnelles d’ouvertures à échelle réelle. Ces lois s’appuient sur les lois de seuil et d’orifice de la littérature, dont le coefficient de débit est déterminé en cherchant à limiter l’erreur sur le débit calculé numériquement. Des lois avec une tolérance de 30% d’erreur sur le débit passant par une ouverture sont établies. Le modèle rue-bâti est appliqué dans une rue synthétique. En comparant avec un modèle classique dans lequel les bâtiments sont imperméables, la prise en compte des échanges rue-bâti réduit significativement le débit de pointe (- 25 %) et la hauteur maximale (- 15 %) à la sortie des bâtiments, tandis que la vitesse maximale augmente à l’amont des bâtiments (+ 25 %). Une étude de sensibilité aux paramètres géométriques et hydrodynamiques est réalisée, dans le but d’identifier des configurations pour lesquelles les bâtiments doivent être pris en compte. Par ailleurs, cette analyse permet de caractériser l’influence de chacun des paramètres sur les échanges rue-bâti. Le modèle est également utilisé dans un cas réel correspondant à l’inondation du quartier Richelieu (Nîmes, France) qui est sujet aux inondations par ruissellement urbain. L’effet des échanges rue-bâti est étudié dans cette géométrie complexe. De nouveau, les modifications sont significatives dans la rue par rapport au modèle classique, avec des variations locales comprises entre +/- 50 cm sur la hauteur maximale, +/- 1 m/s sur la vitesse maximale et +/- 40 % sur les débits de pointe. Diverses situations réalistes sont envisagées, en modifiant l’état des ouvertures (ouverts/fermés, batardeaux) et en imaginant des caves capables d’augmenter significativement le volume total stocké dans les bâtiments. Le niveau d’eau atteint dans les bâtiments étant directement corrélé aux dommages commis aux personnes et au matériel, les résultats hydrauliques sont également interprétés en termes d’évacuation des personnes et des dommages résidentiels économiques. Le nouveau modèle proposé offre de nouvelles perspectives socio-économiques, ainsi que de nouveaux outils de communication et d’information au service d’une meilleure gestion des inondations.
Type de contenu : Text
Format : PDF
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2023STRAD042
Type de ressource : Thèse
