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ETUDE DES NORMES DE CONSTRUCTION DIRECTIVES TECHNIQUES EN MATIERE D’AMENAGEMENT

Rapport-Directive technique.doc ET D’ENTRETIEN DES PISTES AGRICOLES ET D’ENTRETIEN DES PISTES AGRICOLES

C - 2 – ETUDES HYDROLOGIQUES
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C-2- ETUDES HYDROLOGIQUES


L’évacuation des eaux superficielles commence avec l’étude du tracé en plan et du profil en long.
Si le tracé d’une piste peut suivre les lignes de crête, le drainage se trouvera simplifié.
Cependant, c’est rarement le cas et les eaux superficielles d’une crue sont donc évacuées par des
ouvrages transversaux.
La crue du projet est la crue maximale qu’un ouvrage doit être capable d’évacuer, le passage de
cette crue doit se faire sans dommage à la piste et à l’ouvrage.
L’estimation d’une telle crue consiste à évaluer le débit au niveau du site étudié pour différentes
fréquences.
Dans ce qui suit, nous présentons :
- l’organigramme de déroulement d’une étude hydrologique pour les projets de pistes agricoles
- les formules usuelles de calcul hydrologique
- les limites d’application de chaque formule (Superficie, Pluviométrie, etc..) et des zones
d’application selon les indices typologiques

C-2-1 DEROULEMENT DES ETUDES HYDROLOGIQUES


La détermination des caractéristiques morphologiques des bassins et des conditions d'écoulement
sera réalisée à partir des documents cartographiques au 1/50000è, des informations
bibliographiques et des données pluviométriques disponibles sur la région.
Les cartes d’état major permettront de délimiter les bassins versants, d'analyser le relief, et
d'estimer les paramètres morphologiques des bassins : superficie, indice de pente, longueur du
talweg, etc.
Les reconnaissances détaillées des sites permettront de faire des observations in situ plus précises
et mieux localisées que celles réalisées sur plan. (taux de couverture végétale des bassins
versants, le repérage des points critiques du tracé entraînant l'inondation de la zone et parfois
l'érosion du terrain, etc…)
L’étude hydrologique d’une piste agricole sera conduite selon l’organigramme donné par la
figure 1.
Figure 1: Déroulement de l’étude hydrologique

Délimitation des bassins versants

Détermination des caractéristiques des bassins versants

Méthode Rationnelle Méthode SOGREAH Formules Régionales Tunisiennes


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Choix de la méthode de calcul


Calcul des débits de pointe pour différentes
périodes de retour
Choix la période de retour T
Débit de projet QT

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C-2-2 METHODES DE CALCUL DU DEBIT MAXIMUM

a) Methode rationnelle

Caractéristiques du bassin

Superficie S

Nature du terrain Coefficient de


Q= 0.278C.i.S (f.1)
ruissellement C
Nature de la végétation

Pente I Temps de Intensité


Longueur L concentratration maximale
i

Climatologie

Courbes Intensités -Durées -Fréquences Paramètres


a, b

Q :Débit en m3/s
S : Surface du bassin versant en Km2
i : Intensité maximale de pluie en mm/h
Cette méthode est applicable à de petits bassins versants.
1)Coefficient de ruissellement
Le coefficient de ruissellement C est fonction du :
 Paramètre relief : la valeur de C peut varier considérablement en fonction de la pente, il
est usuellement distingué les trois classes de pente suivantes :
- pente faible :0à2%
- pente moyenne :2à8%
- pente forte : supérieure à 8 %
 Paramètre drainage : trois classes de terrain sont définies :
- terrain rarement saturé
- terrain souvent saturé en hiver
- terrain saturé aussi bien en hiver qu'en été
 Paramètre perméabilité : La perméabilité est fonction du type d'occupation du sol
(urbanisation, couvert végétal, ....), il est distingué trois classes de perméabilité :
- perméabilité rapide : zone non urbanisée, absence de couvert végétal
- perméabilité moyenne : présence d'un couvert végétal dense ou d'un
taux d'urbanisation faible
- perméabilité faible : zone fortement urbanisée
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On adopte les coefficients de ruissellement suivants:


Pente Indice de C
végétation*
Pente faible ou 1 0.4
moyenne 2 0.5
3 0.6
Pente forte 1 0.5
2 0.6
3 0.7
* Note : 1 : Si plus de 50% de la surface du bassin est recouverte de végétation
2 : Si 30 à 50% de la surface du bassin est recouverte de végétation
3 : Si moins de 30% de la surface est recouverte de végétation
2)Temps de concentration
Le temps de concentration peut être calculé par la formule de Ventura ou par la formule
de Kirpich.
La formule de Ventura s’écrit comme suit :
S
t c  76 (en mn)
i
avec S = Superficie du bassin versant en Km²
i = Pente moyenne du talweg en cm/m déterminée par la formule
2
 

i
 lk 

 lk 
  ik 

avec lk longueur en km des tronçons du cheminement de pente ik. (en cm/m)
La formule de KIRPICH s’écrit comme suit :

t c  0.87 L3 / D 
0.85
(en mn)
avec L = la distance en mètre entre le point le plus éloigné du bassin et l’exutoire du
bassin.
D = dénivelée en mètre entre l’exutoire et le point le plus éloigné du bassin

c) Intensité
Les intensités moyennes maximales d'une averse de durée t peuvent être déterminées par
la relation I = a . tcb avec :
I : intensité moyenne maximale en mm/h
tc : temps de concentration en mn;
a, b : des coefficients déterminés à partir des courbes IDF(Intensité, Durée,
Fréquence)
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b) Formules régionales Tunisiennes


1)Formule de Ghorbel
Cette formule permet de calculer le débit maximal en utilisant les paramètres régionaux
relatifs aux débits de pointe.
A partir des études statistiques des débits maximums observés sur les stations

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hydrométriques du réseau, l'auteur a constaté une régionalisation des rapports :


QT
RT , Q  (f.2)
Q max( moy )
avec QT le débit maximum d'une période de retour T et Qmax le débit moyen des débits
maximums d'un échantillon.
La valeur de RT,Q est donnée pour chaque région en fonction de la période de retour T.

Zones Région T (période de retour)

2 5 10 20 50 100

I Ichkeul, l’extrême 0.86 1.39 1.79 2.19 2.72 3.12


nord et les affluents
rive gauche de la
Mejerdah
II Rive droite de la 0.7 1.33 1.98 2.84 4.4 6.04
Mejerdah, Cap-Bon et
le Zéroud à Khanguet
Zazia
III Méliane, Merguellil et 0.59 1.45 2.34 3.52 5.68 7.93
la branche Nord de
Zéroud
IV Sahel 0.5 1.6 2.5 3.5 5.1 6.2

V Sud (Bassins Sidi 0.3 1 2.2 3.7 6.7 9.2*


Aïch, Koutine et
Chaffar)
* cette valeur est donnée à titre indicatif

Le calcul de Qmax (moy) se fait à l'aide de la corrélation établie par l'auteur entre Qmax, les
paramètres physiques et la pluviométrie :
  
Q max( moy )  S 0.8 1.075 P.h / L / I c  0.232  Pour Zone I,II etIII
Q max( moy )  85 log(S) Pour Zone IV et V
où P : pluviométrie moyenne sur le bassin, en m
h : différence entre l'altitude de la médiane et l'altitude de l'exutoire, en m
L : longueur de l'écoulement en km
Ic : Indice de compacité
Qmax(moy) en m3/s : débit maximum moyen
L’indice de compacité est effectué à partir de la formule suivante :
p
Ic 
2 S
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avec : p est le périmètre du bassin versant en km et S sa superficie en km2

2) Formule de M.R. KALLEL


La formule régionale de Kallel, élaborée en 1977, est donnée en fonction de la surface du
bassin versant de l’oued, elle est valable pour des bassins versants de superficie

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supérieure à 100 km2.


Cette formule s’écrit comme suit :
Q = qo S T0.41 (f.3)
où : Q = débit maximum, en m3/s
S = superficie du bassin versant, en km2
T = période de retour
qo et  sont des constantes régionales
Le débit maximum est calculé comme suit :

- pour le Nord et le Cap-Bon Q  5.5 ST 0.41


- pour le noyau de la dorsale Q  2.6S 0.8 T 0.41
-pour le centre et le Sahel Q14.3 S T 0.41 pour T=10 ou 20 ans
Q  24.7 ST 0.41 pour T=50 ou 100 ans
- pour le Sud Est et le Sud Ouest Q  12.35 ST 0.41

3) Méthode de Fersi
Le calcul se fait en deux étapes :
- Estimation des débits maximums annuels moyens:
La formule s’écrit pour des zones dont la pluie annuelle est inférieure à 400 mm :
Qxmoy = 0,266 . Hemoy . S . log(S+2) pour S < 1
Qxmoy = 0,266 . Hemoy . S . log(S+1) pour 1  S < 2
Qxmoy = 0,266 . Hemoy . S . log(S) pour S  2
Où S: superficie du bassin versant en Km²
Hemoy : écoulement annuel moyen en mm
Qxmoy : en m3/s
L’écoulement annuel moyen est calculé par la formule suivante :
H emoy  163.910 4 P I g avec :
P : Pluviométrie moyenne en mm
Ig : Indice de pente globale en m/km

- Estimation des débits maximums annuels probables


En utilisant les valeurs des paramètres régionaux probables (YT) définis au tableau ci-
après, le débit de récurrence T est calculé par:
QxT = YT .(S.Ig/270)-0 ,423 . Qxmoy (f. 4)
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- Paramètres probables des débits


Récurrence T YT YT
(en années) Secteur Sud Secteur Sud
Est Ouest
5 1.28 1.145
10 2.22 2.068

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20 3.82 3.507
50 6.59 6.808
100 10.2 10.337
4) Formule FRIGUI
Cette formule d’origine russe, a été adaptée aux cours d’eau tunisiens, par M. Frigui, dans
une tentative d’améliorer les formules régionales élaborées pour l’estimation des débits
sur des cours d’eau non jaugés .Elle se présente sous la forme:
 Am 
Qmp = p .   S
n
(f.5)
 S  1
avec :
Qmp : débit en m3/s.
Am: Paramètre caractérisant la nature du débit maxima spécifique de la
surface unitaire
n: Coefficient de réduction du débit maximum
S: Superficie du bassin versant en Km2.
p: Paramètre régional de débit maxima de probabilité p.
Les paramètres régionaux du modèle de réduction sont consignés au tableau ci dessous.
Région Am n
Nord 26,2 0,47
Medjerda 53,5 0,53
Cap Bon, Méliane 38,4 0,44
Centre, Sud 76,7 0,44

Les paramètres régionaux de débit maxima probables sont donnés au tableau suivant :

T(ans) 2 5 10 20 50
p (Nord) 0.20 0.34 0.45 0.58 0.80
p (Mejerdah) 0.15 0.27 0.38 0.54 0.78
p (Cap-Bon et 0.10 0.22 0.35 0.50 0.77
Méliane)
p (Centre et Sud) 0.08 0.21 0.33 0.48 0.74

c) Formule SOGREAH
Les débits de pointe de crue sont calculés par la formule :
QT = S0 ,75 (PT – P0) / 12 (f.6)
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Avec
S surface du bassin versant en Km2
PT pluie journalière de récurrence T (année) en mm
P0 seuil de ruissellement en mm
La pluie journalière de période de retour T se calcule par la relation suivante :
PT = P10 + (YT –Y100) (P100 – P10) / (Y100 – Y10) pour T < 100 ans

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Avec
YT: Variable de GUMBEL= -log(-log(1-1/T))
P10 : Pluie journalière décennale correspondant à Y10 = 2,25
P100 : Pluie journalière centennale correspondant à Y100 = 4,60
P10, P100 et P0 sont des valeurs régionales données par des cartes de pluies en Annexe 4
.

C-2-3 CHOIX DE LA PERIODE DE RETOUR


En général, le choix de la période de retour résulte d’un compromis, d’aspiration à une mise hors
d’eau et une protection suffisante contre les inondations causées par la pluie, et le souci de
minimiser le coût d’investissement qu’impliqueraient ces ouvrages.
Il est souvent admis à priori qu'il est de bonne gestion de se protéger du risque de fréquence
décennale. Cependant, dans le cas d'un aménagement routier d'une certaine importance, on
n'hésite pas à calculer les ouvrages en vue d'absorber les débits de période de retour 10, 20, voir
50 ans de manière à éviter des inondations étendues et prolongées compte tenu de la longévité
des ouvrages et de la durée de vie de la piste.
Dans le cas des pistes agricoles et compte tenu des durées de vie des pistes et des niveaux et
scénarios d’aménagement pouvant être adoptés il est recommandé de dimensionner les ouvrages
de traversée pour les périodes de retour suivantes :
 10 ans pour les niveaux d’aménagement N1 et N2 : les pistes ne sont pas revêtues et les
ouvrages ne sont pas définitifs (en cas d’amélioration du niveau d’aménagement la plate-
forme doit être élargie et des rectifications géométriques sont nécessaires, d’où la
nécessité de reprise de certains ouvrages).
 20 ans pour les niveaux d’aménagement N3, N4 et N5 : les pistes sont revêtues (N4 et
N5) et les ouvrages sont définitifs (en cas d’amélioration du niveau d’aménagement les
ouvrages de drainage peuvent être conservés puisque les améliorations ne concerneront
que les structures de chaussée).
 Pour les écoulements les plus importants la majorité des ouvrages seront de type
submersible, les périodes de retour recommandés sont de 20 ans.

C-2-4 DOMAINE D’APPLICATION DES FORMULES


Tableau 14 : Limites et domaines d’application des formules de calcul hydrologique

Formule Limite d’Application Typologie


Rationnelle Superficie < 4 km² 1 à 14
Pas de limite pour la pluviométrie
Ghorbel Cette formule n’a pas été tésté sur plusieurs bassins 1 à 3; 5; 8 à14
versant dans le sud Tunisien.
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Kallel Superficie < 100 km² 1 à 6; 8 à 14


Pas de limite pour la pluviométrie
Fersi Pas de limite particulière pour la superficie 2à4;6à7
Pluviométrie < 400 mm
Frigui Pas de limitation particulière 1 à 14
SOGREAH Pas de limite particulière pour la superficie 2 à 7 ; 10
Pluviométrie < 500 mm

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La description de ces méthodes est suffisante pour les mettre en application. Cependant, dans la
pratique, l’utilisateur non expérimenté en hydrologie devra le plus souvent se faire assister.
L’évaluation du débit par différentes formules peut donner des estimations assez variables. Il
convient donc de rassembler le maximum d’informations relatives à la région d’étude afin de
choisir le débit du projet. On peut procéder à :
- réunir des documents concernant des bassins versants analogues ou limitrophes
- rechercher des stations de jaugeage sur les cours d’eau voisins et recueillir les données
hydrométriques
- effectuer une visite sur terrain et enquêter auprès des riverains sur les niveaux atteints par les
crues.
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C - 3 – ETUDES HYDRAULIQUES
ET DRAINAGE

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C-3- ETUDES HYDRAULIQUES ET DRAINAGE


Le drainage des plate-formes constitue l’un des facteurs majeurs assurant la bonne tenue d’une
piste agricole, outre le dimensionnement des traversées d’écoulements et en fonction du scénario
d’aménagement adopté, le drainage doit tout d’abord être assuré par :
 la réalisation des fossés latéraux recueillant l’eau de la plate-forme et de ces abords
immédiats ;
 une mise en toit correcte de la plate-forme et de l’assise des terrassements ;
 une légère mise en remblai dans toutes les zones à faible pente longitudinale.
 le dimensionnement des traversées d’écoulements en fonction du scénario
d’aménagement adopté

C-3-1- OUVRAGES DE TRAVERSEE


Les conditions hydrologiques, hydrauliques, topographiques et géotechniques particulières à
chaque ouvrage font de chaque cas un cas d’espèce et le choix du type d’ouvrage est rarement
immédiat. Il convient tout d’abord de connaître les diverses formes que peut prendre
l’écoulement à travers ces ouvrages, on distingue :
- l’écoulement à sortie noyée (niveau de l’eau à l’exutoire immédiat dépasse le bord supérieur
de l’ouvrage), c’est le cas des ouvrages en zone inondable, ou subissant la marée, ou
présentant un niveau aval élevé.
- L’écoulement à sortie libre, l’écoulement se fait avec une surface libre et le régime est
torrentiel ou fluvial.
Dans le cas des pistes agricoles, et sauf certains cas particuliers, le dimensionnement des
ouvrages hydrauliques sera fait pour un fonctionnement en sortie libre.
Les ouvrages couramment utilisés dans le cadre d’un projet de pistes agricoles sont :
- les passages submersibles avec chaussée protégée par des murs para-fouilles;
- les buses ou dalots en béton armé (simples ou multiples) ;
- les ouvrages submersibles de type radier béton ou semi submersibles pour les débits les plus
importants.
Le choix entre ces différents ouvrages dépend de plusieurs facteurs, il s’agit essentiellement du
débit, de la nature du sol (sols érodables ou non) de la topographie de l’écoulement (plat ou
marqué), de la hauteur de la ligne rouge et des conditions économiques. Dans la plus part des cas
la solution buse est plus économique que la solution dalot.
Les principales dispositions constructives de ces ouvrages figurent sur les plans joints en Annexe 5
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a) Débits et vitesses d’écoulement des ouvrages de type buses ou dalots


Les ouvrages de traversée de type buses et dalots sont généralement utilisés pour les petits et
moyens écoulements dont le lit est marqué. Ils assurent une circulation routière permanente.
Contrairement aux écoulements à sortie noyée qui peuvent se mettre sous forme analytique
relativement simple, les écoulements à sortie libre en régime torrentiel sont des phénomènes plus

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complexes. Les phénomènes qui les régissent sont empiriques et les méthodes de calculs sont
graphiques.
 Le débit de l’écoulement à surface libre en régime torrentiel est donné à partir de la
relation générale :
QC.S 2g(H1 y)
où :
C est un coefficient dépendant de la forme de l’entrée
H1 est la hauteur d’eau en amont de l’ouvrage (m)
Y est la profondeur d’eau dans l’ouvrage (m)
S surface mouillée dans l’ouvrage (m²)
 Le débit de l’écoulement à surface libre en régime fluvial est donné à partir de la
formule de Manning Strickler :

Q = K . S Rh2/3 . i1/2

K : coefficient de rugosité (K = 70 pour les ouvrages en béton)
S : surface mouillée en m²
Rh : rayon hydraulique = S/P (P : périmètre mouillé) en m
I : pente de l’ouvrage en m/m
Contrairement aux ouvrages fonctionnant à surface libre en régime torrentiel où la pente de
l’ouvrage est supérieure à la pente critique Ic, les ouvrages fonctionnant en régime fluvial
présentent une pente inférieure à la pente critique Ic qui est donné par la formule :

Ic = (g/k²) . (S/(Rh4/3 . L)
où :
Ic : en m/m
g = 9.8 m/s²
L : largeur de l’ouvrage en m
Les tableaux présentés en Annexe 6 récapitulent en régime fluvial ou torrentiel les débits capables
des ouvrages couramment utilisés (buses et dalots). Ces débits sont donnés pour chaque type
d’ouvrage, en fonction de la pente à adopter et pour un fonctionnement avec une vitesse
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maximale de 3 à 3,5m/s.
Le choix de l’ouvrage à adopter dépend de plusieurs facteurs, outre le débit à évacuer, les
conditions d’écoulement (fluvial ou torrentiel) et la pente longitudinale sont des facteurs
déterminants pour le bon fonctionnement et la pérennité de l’ouvrage à adopter.

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Ainsi, pour un débit donné le concepteur se trouve devant plusieurs possibilités de choix en
fonction de la nature et des dimensions de l’ouvrage, des conditions d’écoulement et de la pente
longitudinale à donner à l’ouvrage.
Il conviendrait, en premier lieu, de relever les caractéristiques naturelles de l’écoulement
(thalweg, pente, nature du sol) et en deuxième lieu, la géométrie du projet notamment en ce qui
concerne les possibilités de calage de la ligne rouge au niveau de l’ouvrage.
Le choix de l’ouvrage à adopter dépendra de ces paramètres, il est généralement recommandé
de :
- Adopter autant que possible les caractéristiques de l’écoulement naturel (pente, hauteur
d’eau,etc…).
- Ne pas dépasser la vitesse limite de 3m/s
- Prévoir un fonctionnement de l’écoulement à sortie libre en régime fluvial dans le cas des
sols érodables de terrain plat,
- Prévoir un fonctionnement de l’écoulement à sortie libre en régime torrentiel dans le cas de
sols non érodables et dans le cas de risque de dépôts des matériaux,
- Prévoir les dimensions minimales permettant d’assurer l’entretien des ouvrages :
- Buses D1000 mm pour les écoulements
- Dalots 1x 1 pour les écoulements
- Buses D800 mm pour les décharges de fossés

b) Débits et vitesses d’écoulement des ouvrages submersibles


Les ouvrages submersibles de type radiers béton ou cassis sont généralement utilisés pour les
débits importants en particulier lorsque le lit de l’oued est large et l’écoulement principal mal
marqué.
Ces ouvrages présentent généralement une solution plus économique que la construction d’un
grand ouvrage d’art ou hydraulique, mais avec le risque d’interruptions ponctuelles de la
circulation en cas d’averses.
Les tableaux présentés en Annexe 7 récapitulent les caractéristiques des ouvrages submersibles
généralement utilisés, pour les ouvrages de longueur inférieure à 20 m, il à été admis un rayon R
= 50 m en point bas avec deux doucines de raccordement, la profondeur adoptée est de 25 cm ce
qui permet la circulation même lorsque l’ouvrage travaille à plein débit. Pour les ouvrages de
longueur supérieure à 20m, la profondeur admise est de 50 cm.
Les ouvrages types présentés ci-après ne présentent pas tous les cassis existants dans les projets,
ils peuvent être adaptés à la nature exacte et la topographie du terrain notamment pour les oueds
importants.
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C-3-2- DRAINAGE LONGITUDINAL


Dans un souci de simplicité il sera recommandé d’utiliser un nombre restreint de types de fossés,
il s’agit essentiellement de:
 fossés triangulaires en terre réalisés directement à la niveleuse, ils seront utilisés pour les
faibles pentes (< 4%) et pour des terrains présentant un sol non érodable ;
 fossés triangulaires bétonnés pour les terrains érodables et présentant de fortes pentes
longitudinales,
 fossés triangulaires en terre avec brise pentes exécutés en maçonnerie ou en béton armé,
ce dispositif est recommandé pour les pentes élevées (>4%) et pour des sols
moyennement érodables
 Dans certains cas particuliers, il est nécessaire de réaliser des fossés trapézoïdaux dès que
le débit capable des fossés triangulaires est dépassé, notamment dans le cas d’absence
d’exutoires et dans le cas de terrains plats.
Dans le cas général et dans un souci d’économie, il est recommandé de prévoir autant que
possible des fossés en terre y compris au niveau des sommets des rampes importantes.
Dans le cas de sols érodables un soin particulier doit être donné au phénomène d’érosion
régressive et les dispositifs nécessaires doivent être prévus y compris au niveau des exutoires des
fossés.
Les tableaux présentés en Annexe 8 récapitulent les capacités des différents types de fossés en
fonction des pentes et de la nature du sol.
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