Crues

Le bâtiment surélevé est robuste et étanche dans la zone de base

Après de fortes précipitations ou des pluies persistantes, les rivières, fleuves et lacs peuvent déborder et causer des inondations. L'eau s’écoule alors avec une force considérable et elle est capable, avec les débris flottants, d’endommager gravement les bâtiments. L’intérieur des bâtiments et les équipements techniques peuvent aussi subir d’importants dégâts à cause de l’humidité et de la saleté. Les lieux où les personnes sont le plus en danger sont les sous-sols, les ascenseurs et les voies d’évacuation.

Il ne suffit souvent que de quelques minutes pour qu’un petit cours d'eau sorte de son lit. Et c'est encore plus vrai pour un torrent. Pour la plupart des rivières, le délai de préalerte est de quelques heures dans le meilleur des cas. Il existe des dispositifs techniques et organisationnels visant à prévenir les personnes susceptibles d’être touchées. Mais leur installation n'est possible que sur certains grands lacs et grandes rivières. D'ailleurs, seuls quelques-uns d'entre eux en sont équipés. Ainsi, la pertinence des mesures de protection mobile dépend avant tout de l’organisation des personnes et de leur mode d’identification des dangers. La meilleure option reste toutefois les mesures de construction et de conception installées de manière permanente. Elles offrent en effet la protection la plus fiable et la plus efficace.

Bases

Objectif de protection contre les crues

Les objectifs de protection nationaux pour les nouveaux bâtiments se réfèrent à la norme SIA 261/1. Cette norme définit l’événement tricentennal comme objectif de protection contre les dangers naturels gravitationnels (crues, glissements de terrain, laves torrentielles, chutes de pierres, avalanches) pour les bâtiments résidentiels et commerciaux standard (CO I). Il convient également de respecter les directives cantonales et communales, ces dernières n’excédant toutefois pas en général les exigences de la norme SIA 261/1. À partir de la classe d’ouvrage II, les exigences à respecter sont plus sévères. De plus, les crues extrêmes (EHQ) doivent aussi être prises en compte.

La norme SIA 261/1 inclut explicitement dans l’appellation « crues » aussi les inondations dues au ruissellement de surface. Concrètement, le bâtiment et ses niveaux souterrains doivent rester secs et intacts même en cas d’événement tricentennal.

Termes techniques

Classes d’ouvrages : Les ouvrages sont classés en trois classes d’ouvrage (CO I à III) selon la norme SIA 261, chiffre 16.3. La classe d’ouvrage permet de déterminer de manière simple le degré de protection en fonction du risque.

Le degré de protection est fixé par l’appartenance de l’ouvrage à une classe d’ouvrage (CO) I, II ou III selon la norme SIA 261.

Délai de préalerte : Intervalle de temps entre l’identification du danger et le début de l’inondation.

La durée d'inondation commence au moment où l’eau afflue et se termine lorsque l'eau s’est complètement retirée.

Facteur d’importance : Facteur de pondération de la classe d’ouvrage pour le dimensionnement.

La hauteur d’incidence hwi est déterminée en additionnant la hauteur d'écoulement hf, la majoration de la hauteur hg, la hauteur de retenue hstau et la hauteur des vagues (voir la partie traitant des effets).

La hauteur des vagues hwellen d'un lac en crue doit être prise en considération (voir la partie traitant des effets).

La hauteur de retenue indique de combien la hauteur d’écoulement s’élève encore plus lorsque le flux rencontre un obstacle.

Majoration de la hauteur : Majoration de pondération de la classe d’ouvrage pour le dimensionnement.

Le niveau de refoulement est le niveau le plus élevé que l’eau puisse atteindre dans une installation d’évacuation des eaux. On fait une distinction entre a) le niveau de refoulement calculé selon le plan général d’évacuation des eaux (PGEE) et b) le niveau maximum possible de refoulement. Ce dernier correspond à la hauteur d’écoulement maximum.

Lorsqu’un terrain de forte déclivité (≥ 5-10 %) est inondé, la vitesse d’écoulement peut dépasser les 2 m/s. De telles vitesses apparaissent notamment sur les tronçons canalisés (par ex. rues et ravines). En terrain peu incliné (< 2 %), la vitesse tombe nettement sous les 2 m/s.

La vitesse de montée des eaux décrit la rapidité avec laquelle le niveau des eaux s’élève lors d’une inondation. Cette valeur est décisive pour estimer la menace qui pèse sur les personnes à l’intérieur et à l’extérieur des bâtiments. En cas d’inondations dues à une obstruction (par des débris flottants au niveau des ponts, des passages d’eau et des passages étroits), à des ruptures de barrages ou au déplacement d’un chenal, la vitesse de montée des eaux est rapide.

Paramètres d’intensité pour le dimensionnement des mesures

Les informations suivantes sur l’intensité sont nécessaires pour déterminer les effets des crues et le dimensionnement des mesures de protection d’objet.

  • Hauteur d’écoulement,
  • Vitesse d’écoulement,
  • Intensité de l’érosion et des dépôts de matières solides,
  • Dimension et concentration de matériaux charriés.

Ces données peuvent être relevées sur les cartes des intensités et des profondeurs d’écoulement. En cas d'absence de données sur les intensités, elles doivent être déterminées par une personne spécialisée. Dans tous les cas, il faut procéder à des examens supplémentaires pour déterminer le degré de danger local.

Données initiales

Notations

hf [m]    Hauteur d'inondation
hstau [m] Hauteur de retenue due à un obstacle
ha [m] Epaisseur du dépôt de matériaux solides
he [m] Profondeur de fondation de l'ouvrage dans le sous-sol
hk [m] Profondeur d'affouillement contre le bâtiment
hu [m] Profondeur d'érosion de la berge
hr [m] Profondeur du plan de glissement de la berge
vf [m/s] Vitesse d'écoulement
vv [m/h] Vitesse de montée des eaux
ρhw [t/m3] Densité de la crue
ρa [t/m3] Densité du dépôt de matériaux solides
m [t] Masse d'une charge concentrée
g [m/s2] Accélération gravitationnelle (9.81 m/s2)
lh [m] Epaisseur de la paroi en béton armé
ls [m] Portée de la paroi en béton armé
qh [kN/m2] Pression résultant de la contrainte hydrostatique
qf [kN/m2] Pression résultant de la contrainte hydrodynamique
qa [kN/m2] Pression résultant du dépôt de matériaux solides
qe [kN/m2] Pression statique de remplacement due à une charge concentrée (choc)
qhe [kN/m2] Pression résultant de la contrainte hydrostatique au niveau de la profondeur de fondation
qhf [kN/m2] Pression résultant de la contrainte hydrostatique au niveau du terrain
cd [–] Coefficient de résistance de forme
A [m2] Surface d'impact d'une charge concentrée
Qe [kN] Force statique de remplacement due à une charge concentrée (choc)
Situations de danger

Situation de danger 1 : Inondation statique

L’inondation statique est caractérisée par une vitesse d’écoulement faible (vf < 1 m/s) sans contrainte dynamique. L’action déterminante résulte de la pression hydrostatique qw exercée sur l’enveloppe étanche du bâtiment. Celle-ci croît avec la profondeur. On admet que le sol se sature totalement durant l’inondation. La pression hydrostatique exercée sur le radier de l’ouvrage correspond à la poussée d’Archimède. La formation de vagues doit aussi être prise en compte sur les larges surfaces d'eau, telles que les lacs.

Situation de danger 1 : inondation statique

Situation de danger 2 : Inondation dynamique

L’inondation dynamique présente une vitesse d’écoulement moyenne à élevée (vf > 1 m/s). Outre la pression hydrostatique, la pression hydrodynamique est aussi à considérer parmi les effets. Il est admis que la vitesse de l’écoulement est uniforme sur toute la hauteur d’écoulement hf (vitesse d'écoulement moyenne). Il en résulte une pression uniforme qf constante due à la contrainte hydrodynamique exercée sur la paroi de l’ouvrage exposée au courant. La collision avec des matériaux solides charriés (troncs d’arbre, matériaux) est considérée avec la pression statique de remplacement Ak.

On ne tient pas compte des actions résultant de surpressions ou de sous-pressions locales (succion) dues à des formes de bâtiment particulières. La pression de soulèvement hydrodynamique est également négligée.

Situation de danger 2 : inondation dynamique

Situation de danger 3 : Inondation dynamique avec érosion (affouillement) et alluvionnement

Caractérisée par une vitesse d'écoulement élevée (vf > 2 m/s), la dynamique de cet écoulement provoque l’érosion hk (affouillement) et le dépôt ha de matériaux solides. Ce phénomène se produit surtout sur les tronçons fortement canalisés, les voies d’évacuations inclinées (rues dans les agglomérations). Les actions hydrostatique et hydrodynamique exercées par l’écoulement et la force de poussée des matériaux solides charriés doivent être prises en compte (comme dans la situation de danger 2). L’affouillement, qui atteint une profondeur hk, peut mettre à jour les fondations du bâtiment, voire les saper. Les dépôts de matériaux solides occasionnent des surcharges qfa, qui ont une grande importance pour les ouvrages souterrains (p. ex. garages).

Situation de danger 3 : inondation dynamique avec érosion et affouillement

Situation de danger 4 : Érosion de la berge et déplacement du lit du cours d’eau

La partie de bâtiment adjacente est directement exposée par l’érosion latérale. L’érosion des berges a lieu jusqu’à une profondeur hu. Il en résulte un élargissement et un déplacement du chenal. Tant que les fondations he sont plus profondes que hu, elles ne sont pas menacées. Les effets se traduisent donc par la pression hydrostatique et la pression hydrodynamique ainsi que la force de l’impact provoqué par les éléments isolés qui ont été emportés (Ak).

Situation de danger 4 : érosion des berges et déplacement du lit

Situation de danger 5 : Glissement de la berge

L’érosion de la berge revêt la forme d’un glissement de terrain. Fréquemment déclenchés par l’érosion verticale du lit du cours d’eau, ces glissements peuvent avoir une grande extension. Ils sont profonds ou superficiels selon la topographie et la géologie locales. L’action sur l’ouvrage correspond à celle qui est exercée lorsque le plan de glissement est semi-profond à profond hru (glissements). Si la crue atteint l’ouvrage, il y a lieu de considérer également les actions correspondant à la situation de danger 4.

Publication FAN/CIPC « Recommandations pour l’évaluation des dangers d’érosion des berges des cours d’eau » ( document principal, Annexe A : Guide pour les visites de terrain, Annexe B : Exemples d'application).

Situation de danger 4 : glissement de terrain près du cours d'eau

Situation de danger 6 : Eaux souterraines

Si les eaux souterraines montent après des pluies persistantes ou à la suite d’une crue, elles peuvent inonder les sous-sols du bâtiment en passant par des ouvertures non étanches ou l'enveloppe du bâtiment non étanche. Dans les cas les plus graves, les eaux souterraines peuvent même remonter à la surface du terrain et pénétrer dans le bâtiment via le rez-de-chaussée. Une remontée des eaux souterraines peut faire flotter le bâtiment et engendrer des problèmes de statique.

Inondation due à une remontée des eaux souterraines. L'eau pénètre dans les sous-sols par les ouvertures et l’enveloppe non étanche du bâtiment.

Situation de danger 7 : Refoulement dans les canalisations

Le refoulement dans le système de canalisation entraîne une inondation du bâtiment.

Refoulement et Inondation dues à la surcharge du réseau d'égouts

Voies de pénétration de l'eau dans le bâtiment

Voies d'entrée de l'eau en cas d'inondation
  1. L'eau traverse les parois ou la dalle de la cave
  2. L’eau reflue dans le bâtiment par les canalisations
  3. L’eau pénètre par des raccordements non étanches du bâtiment (entrées de conduites, câbles noyés dans la maçonnerie sans protection étanche) ou par des joints non étanches
  4. L'eau s’écoule par les sauts-de-loup et les fenêtres de la cave
  5. L’eau suinte à travers les parois extérieures
  6. L’eau pénètre par les ouvertures des portes et des fenêtres
  7. L'eau / l’humidité pénètre à travers la façade lors d’une pluie intense combinée avec une tempête
  8. L’eau pénètre dans le bâtiment par le toit et le balcon
  9. La grêle et les feuilles bouchent les installations d'évacuation des eaux. Cela peut ainsi provoquer l’infiltration de l'eau dans le bâtiment (voir points 4, 5 et 6).

Lors d'une pluie intense, l’eau peut pénétrer dans les pièces ou endommager la structure (construction légère) lorsqu’elle s’accumule, même brièvement, sur des toits plats ou sur des balcons.

Actions

hauteur d'incidence

La hauteur d'incidence hwi est définie comme suit :

La majoration de la hauteur hγ est déterminée conformément à la norme SIA 261/1, chiffre 3.2.1.

La hauteur des vagues hwellen pour les lacs en crue est généralement appliquée avec une valeur de 0,5 m. Les hauteurs de vagues qui ne correspondent pas à cette valeur doivent être choisies et justifiées en fonction des conditions locales (p.ex. : à l’aide de cartes sur les vagues de l'atlas des vagues)

Représentation schématique des données initiales pour déterminer les effets des inondations

Pression hydrostatique et hydrodynamique

La pression hydrostatique suite à une crue est déterminée comme suit :

Pression hydrostatique au niveau de la surface inondée du terrain :

Pression hydrostatique au niveau des fondations :

Les valeurs indicatives suivantes s’appliquent pour la densité de crue ρhw :

  • Densité d’une crue charriant peu de matériaux solides : ρhw = 1100 kg/m3
  • Densité d’une crue charriant beaucoup de matériaux solides : ρhw = 1400 kg/m3

La pression hydrodynamique sur une paroi exposée correspond à :

Les valeurs indicatives caractéristiques pour le facteur de résistance cd sont les suivantes :

  • 1,25 à 1,5 (si longueur de la paroi exposée / hauteur d’écoulement ≤ 40)
  • 1,5 à 2,0 (si longueur de la paroi exposée / hauteur d’écoulement > 40)

Hauteur de retenue contre un obstacle

La hauteur de retenue correspond à la surélévation de l’eau s’écoulant devant un obstacle (cf. Suter, 2013). Cette hauteur vaut au maximum :

Cette formule s’applique uniquement aux cas où la surface inondée est très grande et que l’obstacle est relativement petit. Si les obstacles sont gros par rapport à la surface inondée, des analyses hydrauliques complémentaires doivent être effectuées.

Profondeur d’affouillement

La profondeur de l’affouillement hk susceptible d’affecter un bâtiment menacé d’inondation peut être déterminée de manière détaillée selon Kohli (1998). À cet effet, il faut connaître, outre la vitesse d’écoulement et la hauteur d’inondation, la granulométrie du sol menacé et la durée de l’inondation. Les bâtiments ne comprenant pas de cave nécessitent un calcul détaillé.

Exemples de calcul de la profondeur d'affouillement

Pour les bâtiments comprenant une cave, le danger d’affouillement concerne principalement ceux qui sont construits le long du lit d’un cours d’eau (situation de danger 4).

Surcharge due au dépôt de matériaux solides :

Les dépôts de matériaux solides génèrent des pressions verticales et horizontales dues à la poussée des terres. La pression des terres dans l’axe vertical (surcharge) correspond à :

 

Densité du dépôt de matériaux solides (valeur indicative): ρfa = 2000 kg/m3

Force de choc due à des charges concentrées :

Si la crue entraîne des blocs ou d’autres matériaux solides, il faut ajouter à la pression résultant des contraintes hydrostatique et hydrodynamique une force de choc due à ces charges concentrées.

En cas de collision avec des éléments isolés provenant d’une crue, les exigences en matière d’étanchéité de l’ouvrage sont plus élevées, car les déformations de la structure porteuse doivent se limiter au domaine élastique. Les forces statiques de remplacement Ak appliquées doivent être augmentées en conséquence.

Exemples de forces statiques de remplacement suite à une collision en cas de crue
Masse m [kg]

Vitesse vn [m/s]

Énergie Etrans [kJ]

Force statique de remplacement Ak [kN]
(Poinçonnements| Flexion)

100

2

0.2

40 | 2

100

4

0.8

150 | 9

100

6

1.8

290 | 14

500

2

1

190 | 12

500

4

4

770 | 46

500

6

9

1400 | 70

1000

2

2

390 | 23

1000

4

8

1500 | 90

1000

6

18

2900 | 140

Preuves statiques recommandées

Selon la situation, il faut fournir des preuves statiques sur les phénomènes de tirage, de renard hydraulique, de renversement, de glissement, etc. (voir Kölz/In-Albon, 2012).

Types et causes de dommages

Le sol détrempé et les dépôts de boue entraînent une dépréciation partielle ou totale des aménagements intérieurs (sols, murs, toits), des installations et du contenu du bâtiment. Dans certains cas, la structure porteuse peut également être affectée. L’engorgement du sol a généralement un effet au-delà de la hauteur maximale d’inondation : les phénomènes de capillarité dans les parois et d’évaporation de l’eau peuvent en effet affecter également des parties de bâtiments situées plus haut que cette cote maximale. Toutes les matières solubles et non solubles charriées par l’eau causent une saleté considérable. Les produits en bois, papier, textiles ou plâtre subissent un dégât total s’ils absorbent de l’eau. Les courts-circuits aux installations électriques peuvent également causer des incendies, détruire des équipements techniques et mettre en danger les personnes. D’autres dommages peuvent être liés à des réactions chimiques avec des matières stockées ou dus à l’entreposage de matières solides ou de substances odorantes.

Mesures de protection

Le choix d’un emplacement hors des zones de crues et de dépression ainsi que la planification systématique des écoulements dans la direction inverse au bâtiment (aménagement du terrain !) et la surélévation du rez-de-chaussée font partie des mesures de protection les plus importantes contre les crues.

La protection contre les crues peut en outre être garantie selon trois axes : Le niveau d’eau potentiel attendu lors d’une crue tricentennale est déterminant pour la planification de nouveaux bâtiments (niveau de protection, prise en compte des vagues dues à l’écoulement dynamique !). Les mesures temporaires ne sont utiles que si le délai d’alerte est long (plusieurs heures à plusieurs jours) et requièrent une organisation d’urgence irréprochable et assurée à long terme.

  • Écran : L’eau est tenue à l’écart du bâtiment à l’aide de barrières (digues, murs en béton) ou en surélevant celui-ci.
  • Étanchement : Le bâtiment est construit de manière étanche sous forme de cuve. Les ouvertures sont placées plus haut que le niveau de protection. Les seuls dégâts possibles sont des souillures de l’enveloppe externe du bâtiment. La façade doit être conçue de manière imperméable dans la zone inondable.
  • Inondation contrôlée : On accepte délibérément que le bâtiment soit inondé afin de prévenir des dommages plus importants dus à la poussée d’Archimède (rupture du radier). Les dégâts sont limités en recourant à des matériaux insensibles à l’eau pour l’aménagement intérieur et par une utilisation adaptée.
Distinction entre les mesures permanentes et les mesures temporaires

Propositions de concepts et de mesures de protection pour les différentes parties du bâtiment : Check-up des dangers naturels

Littérature
Littérature générale

ASTRA (2012): Dangers naturels sur les routes nationales : Concept de risque. Méthodologie basée sur les risques pour l’évaluation, la préven-tion et la maîtrise des dangers naturels gravitationnels sur les routes nationales, Office fédéral des routes, Berne.

Egli, Th. (2005): Recommandations - Protection des objets contre les dangers naturels gravitationnels. Association des établissements cantonaux d'assurance incendie, Berne.

PLANAT (2009): Concept de risque appliqué aux dangers naturels. Plate-forme nationale «Dangers naturels», Berne.

Fondation de prévention des établissements cantonaux d'assurance (2014): Prevent-Building – une méthode et un outil d’évaluation de l’efficacité, de la rentabilité et de l’acceptabilité des mesures de protection des bâtiments, destinés à parer aux risques naturels gravitationnels et météorologiques. Rapport concernant la phase 1 incluant les adaptations de la phase 2. Groupe de travail Prevent-Building: WSL-Institut pour l'étude de la neige et des avalanches SLF, Egli Engineering AG, Geotest SA, B,S,S. Volkswirtschaftliche Beratung, Version 12.05.2014. (Download)

Suda J. und Rudolf-Miklau F. (Hrsg.) (2012): Bauen und Naturgefahren, Handbuch für konstruktiven Gebäudeschutz. Springer, Wien.

Crues / laves torrentielles

BWW (1997): Prise en compte des dangers dus aux crues dans le cadre des activités de l'aménagement du territoire. Office fédéral de l’économie des eaux, Office fédéral de l’aménagement du territoire, Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage, OCFIM, Berne.

Böll, A. (1997): Wildbach- und Hangverbau. Bericht Nr. 343, Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf.

BWK (2005): Mobile Hochwasserschutzsysteme - Grundlagen für Planung und Einsatz. Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK), Sindelfingen.

Egli, Th. (1996): Hochwasserschutz und Raumplanung. ORL-Bericht Nr. 100, vdf Hochschulverlag an der ETH, Zürich.

FEMA (1986a): Floodproofing Non-Residential Structures. Publication No. 102, Federal Emergency Management Agency, Washington D.C.

FEMA (1986b): Retrofitting Flood-prone Residential Structures. Publication No. 114, Federal Emergency Management Agency, Washington D.C.

Fachkommission Technischer Elementarschutz (FTE) (2012): Themenblatt 1-1, Bewertung der Erstellungssicherheit von temporären Objektschutzmassnahmen, Bern. (Excel Bewertungsblatt)

GEO (2000): Review of Natural Terrain Landslide Debris-Resisting Barrier Design. Geotechnical Engineering Office, Geo Report No. 104, Civil Engineering Department, the Government of the Hong Kong Special Administrative Region.

Hochwasserschutzfibel (2008): Bauliche Schutz- und Vorsorgemassnahmen in hochwassergefährdeten Gebieten. 2. überarbeitete und ergänzte Auflage.

IKSR (2002): Hochwasservorsorge – Massnahmen und ihre Wirksamkeit. Internationale Kommission zum Schutz des Rheins, Koblenz.

Kohli, A. (1998): Kolk an Gebäuden in Überschwemmungsebenen. Mitteilung Nr. 157, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH, Zürich.

Kölz, E., In-Albon, Ch. (2012): Statische Probleme bei Hochwasserschutzmassnahmen, Risk&Safety AG, Aarau. (unveröffentlicht).

Rickenmann, D. (2014): Methoden zur quantitativen Beurteilung von Gerinneprozessen in Wildbächen. WSL Berichte, Heft 9, 2014. ISSN 2296-3456.

Rickenmann, D. (1995): Beurteilung von Murgängen. Schweizer Ingenieur und Architekt, Nr. 48, Zürich.

Suter, U. (2013): Definition der Schutzhöhe beim Objektschutz Hochwassergefahren - Regelanwendung, Suter Hydro Engineering AG, Meilen.

USACE (1992): Flood Proofing Regulations. US Army Corps of Engineers, Publication No. 1165-2-314, US Government Printing Office, Washington.

UIR (2008): Analyse des événements - Inondations des 8 et 9 août 2007. Union intercantonale de réassurance UIR, Berne.

Vanomsen, P. (2011): Wasserdichte Türen und Fenster – Übersicht der Normenwerke und ausgewählte Bauprodukte, Egli Engineering AG, St. Gallen und Bern.

VDI (2006): Schutz der Technischen Gebäudeausrüstung - Hochwasser - Gebäude, Anlagen, Einrichtungen. Verein Deutscher Ingenieure, VDI Richtlinie 6004, Düsseldorf.

AEAI/OFEG (2004): Protection mobile contre les crues - Aide à la décision. Association des établissements cantonaux d'assurance incendie, Berne, Office fédéral des eaux et de la géologie, Bienne.

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