Pluies intenses / ruissellement de surface

Corridor pour la circulation coordonnée des eaux de ruissellement entre les bâtiments

Les pluies intenses peuvent inonder des bâtiments et des zones d'habitation entières en raison de l'afflux et de l'accumulation d'eau en surface (ruissellement de surface). Une rivière qui sort de son lit et le ruissellement de surface peuvent produire des effets très similaires sur les bâtiments, et représentent donc les mêmes défis en matière de protection des bâtiments. Le ruissellement de surface peut se produire à petite ou grande échelle. La manière dont le sol est utilisé et exploité influence grandement la formation du phénomène de ruissellement. Il faut savoir que même les structures de petite taille situées sur le terrain ou à proximité immédiate peuvent influencer les voies d’écoulement. Les précipitations intenses ne sont prévisibles qu'à court terme et un écoulement peut se produire extrêmement rapidement, sans grand délai de préalerte. Par conséquent, seules des mesures permanentes offrent une protection fiable contre le ruissellement de surface et les inondations de petits cours d'eau.

Bases

Objectif de protection contre le ruissellement de surface

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.

Intensité pluviométrique et durée de la précipitation

Lorsque des précipitations intenses s’abattent sur un sol dense, saturé d'eau ou gelé, la capacité d’infiltration est restreinte et provoque un ruissellement de surface. Sur les routes et sur les places, la capacité d’infiltration du sol est réduite artificiellement. En Suisse, l'évacuation des eaux de telles places est conçue sur la base de précipitations dont la période de retour est de 5 à 10 ans. Cela implique que les événements moins fréquents génèrent un ruissellement de surface.

Outre l’intensité pluviométrique, la durée de la précipitation et la situation antérieure (précipitations des jours précédant l’événement) jouent un rôle important dans la formation d’un ruissellement de surface. Dans le cas des sols naturels, le ruissellement se forme lorsque la couche supérieure est saturée. Ce phénomène apparaît très rapidement, notamment lorsque la couche de terre est peu épaisse ou déjà humide et donc que sa capacité d’emmagasinement est faible. Lorsque la couche de terre a une épaisseur moyenne, la saturation n’est atteinte qu’après une longue durée de précipitation.

L’écoulement d’eau à partir de sols saturés peut être diffus ou former des sources localisées. Si, à la surface, il y a une alternance de sols perméables et de sols peu perméables, les eaux de ruissellement souterraines peuvent remonter à la surface.

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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.

Carte de l’aléa ruissellement

La carte de l'aléa ruissellement fournit des informations sur les voies d’écoulement et indique les endroits où l’eau pourrait s’accumuler, par exemple dans des cuvettes ou contre des obstacles.

vers le géoportail fédéral (geo.admin.ch)

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Attention : Cette carte est un pur produit de modélisation. Il est donc important de réaliser un contrôle de plausibilité des voies d’écoulement sur le terrain pour pouvoir en faire une interprétation correcte, car le modèle ne tient pas compte des petits éléments comme les bords de trottoirs, des bordures, ni non plus des passages souterrains ou sous voie. La carte suisse de l’aléa ruissellement n’a pas de force obligatoire en droit. Elle est une donnée de base technique et a un caractère indicatif.

Informations supplémentaires :

Carte du risque d’érosion

La carte du risque d’érosion de l’Office fédéral de l’agriculture (OFAG) fournit une appréciation globale des régions potentiellement menacées par l’érosion dans l’agriculture. Combinée à la carte de l'aléa ruissellement, elle offre une première indication sur les lieux où des matériaux du sol peuvent être déposés par l’eau.

Le risque d’érosion est calculé selon les facteurs suivants : inclinaison, taille du bassin d'alimentation, précipitations et propriétés du sol. Les risques calculés sont répartis en classes de risque, sans tenir compte de l’utilisation ou du mode d’exploitation du sol.

vers le géoportail fédéral (geo.admin.ch)

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Dimensionnement pour l’évacuation de l’eau

Pour procéder au dimensionnement du ruissellement de surface, il faut disposer de données concernant l’intensité pluviométrique, les surfaces impliquées et leurs coefficients de ruissellement. La norme SN 592'000 prévoit pour l’intensité pluviométrique une valeur déterminante de 0,030 l/sm 2. Celle-ci peut cependant être dépassée largement dans certaines régions. Lorsque le potentiel de dommages est élevé ou que l’intensité pluviométrique régionale est plus élevée que la moyenne, il faut revoir les objectifs de protection à la hausse.

Tableau: Quantités de pluies locales extrêmes durant 10 minutes r [l/sm2] (source : MétéoSuisse, 2014)

Étant donné qu’une rivière sortant de son lit et le ruissellement de surface peuvent produire des effets très similaires, il convient également de se référer aux conseils de planification sur le thème des crues pour déterminer les effets des événements et le dimensionnement des mesures de protection.

Données initiales

Notations

QR [l/s]:         Débit d'eau pluviale
r [l/sm2]:   Intensité pluviométrique
A [m2]:       Surface réceptrice de pluie (projection horizontale)
C [–]:  Coefficient de ruissellement
hf [m]:   Hauteur d'inondation
Rmax [m s. m.]  Niveau maximum possible de refoulement (cote)
v [m/s]:   Vitesse d'écoulement (vitesse d'inondation)
va [mm/h]:  Vitesse de montée de l'eau
tn [h]:  Durée de la précipitation
V [mm]:  Volume de laprécipitation, par événement
tv [h]:  Délai de préalerte (Intervalle entre la prise de conscience de l'inondation et son occurrence)
SF [–]:  Facteur de sécurité
Situations de danger

Situation de danger 1 : construction dans une pente

Les eaux de ruissellement coulant sur la parcelle depuis la pente située en amont peuvent s’accumuler contre le bâtiment. La disposition des bâtiments et l’aménagement du terrain influencent la manière dont les eaux se propagent en bas de la pente. Sur une pente large présentant une forte densité de bâtiments, le ruissellement peut s’accumuler et atteindre une hauteur significative.

Situation de danger 2 : construction dans une dépression

Les eaux de ruissellement s’accumulent dans la dépression où se trouve la parcelle.

Situation de danger 3 : afflux d'eau des routes

Les eaux ruisselant sur les talus adjacents et les eaux refluant de la canalisation de la route s’accumulent sur la route et atteignent le terrain en empruntant son accès routier.

Situation de danger 4 : Afflux d’eau de toitures et des places

L'eau qui afflue ne parvient pas à s'évacuer par les installations d’évacuation des toits et des places. Les toits plats et les places sont le siège d’un engorgement momentané, qui peut provoquer une intrusion d’eau dans le bâtiment.

Situation de danger 5 : pluie avec vent (pluie battante)

La pluie est accompagnée d’une tempête, si bien que de l’eau chassée par le vent peut pénétrer dans le bâtiment au travers des façades.

Situation de danger 6 : forte pluie avec grêle

Si de fortes pluies s'accompagnent de grêle, les grêlons et les feuilles mortes peuvent boucher les regards et les voies d'écoulement. Si l’enveloppe du bâtiment est endommagée par la grêle, de l'eau peut pénétrer à l’intérieur de ce dernier.

Situation de danger 7 : eaux souterraines

Les eaux souterraines montent sous l’effet des précipitations intenses et des cours d’eau en crue, et pénètrent dans les sous-sols par les ouvertures et l’enveloppe non étanche du bâtiment. Dans les cas les plus graves, elles 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.

Situation de danger 8 : refoulement des canalisations

Si le système de canalisations est surchargé, un refoulement peut survenir.

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

Plan d’évacuation des eaux et responsabilité

Selon la norme SN 592'000 "Installations pour évacuation des eaux des biens-fonds – Conception et exécution", le maître d’ouvrage ou son représentant doit désigner un projeteur, qui est responsable de la définition d’un plan d’évacuation complet pour tout le bien-fonds. Dans ce plan, il faut d’une part démontrer comment les eaux peuvent être évacuées du bien-fonds et, d’autre part, délimiter les responsabilités entre les différents projeteurs et entre les fournisseurs.

Calcul du débit des eaux pluviales

Selon la norme SN 592'000, le débit des eaux pluviales QR se calcule comme suit :

QR est le débit d’eau pluviale pour la surface A et r l’intensité pluviométrique déterminante. SF est un facteur de sécurité à choisir en fonction de la vulnérabilité du bâtiment et C est un coefficient de ruissellement sans dimension qui dépend de la nature de la surface réceptrice. Si des surfaces partielles présentent des coefficients de ruissellement différents, le débit des eaux pluviales QR est déterminé pour chaque surface. Puis, on cumule tous les débits.

Calcul du ruissellement des eaux de surface

Les jardins, les prés et les terrains cultivés peuvent aussi jouer un rôle essentiel dans le ruissellement des eaux de surface. Les aires contiguës et les bassins d’alimentation d’une certaine taille doivent être inclus dans les calculs, selon la situation de danger considérée !

La méthodologie en allemand «Punktuelle Gefahrenabklärung Oberflächenwasserabfluss» (Rüttimann, 2010) permet d’estimer le débit du ruissellement de surface pour une région donnée. Dans certains cantons, il existe déjà des cartes indicatives des dangers pour le ruissellement de surface (p.ex. canton de Lucerne).

Trop-pleins de secours

Selon la norme SN 592'000 article 4.1.15, tout système d’évacuation des eaux doit être équipé d’un trop-plein de secours. Le trop-plein doit être conçu de manière à ce qu’au total le double du débit des eaux pluviales QR puisse s’écouler. Cela vaut aussi pour les toits et terrasses ainsi que pour toutes les surfaces entourant le bâtiment. Le concept le plus efficace réside ici dans l’aménagement du terrain : l’eau doit pouvoir s’écouler dans le terrain, sans atteindre les ouvertures du bâtiment. Aux endroits où l’eau parvient tout de même à s’accumuler, l’enveloppe du bâtiment doit être rendue étanche jusqu’au niveau de protection.

Facteur de sécurité

Selon la norme SN 592'000, le facteur de sécurité SF doit être choisi indépendamment de l’intensité pluviométrique :

  • SF = 1.5 pour les bâtiments dans lesquels une pénétration des eaux pluviales pourrait provoquer des dégâts importants (c’est généralement le cas !)
  • SF  = 2.0 pour les bâtiments nécessitant une mesure de protection exceptionnelle.

Coefficient de ruissellement

Selon la norme SN 592'000, le coefficient de ruissellement C tient compte de la nature de la surface réceptrice, de la diminution de débit qui en résulte et du retardement de l’écoulement. Comme ces valeurs se rapportent exclusivement à des objets individuels, elles sont plus élevées que les coefficients de ruissellement appliqués dans le plan général d’évacuation des eaux. Coefficients de ruissellement typiques pour les jardins, les prés, les terrains cultivés et les forêts en complément de la norme :

Coefficients de ruissellement pour différents types de surface

Exemple : Estimation du ruissellement des eaux pluviales

Une maison individuelle est construite à Herisau, en contrebas d’un pré en pente moyenne. L’afflux d’eau à partir de cette surface ainsi que du terrain bâti est estimé comme suit : La surface alimentant le ruissellement varie selon la nature du sol, sa déclivité et les conditions hydrologiques antérieures (précipitations antécédentes, sols gelés). Le coefficient de ruissellement peut varier en fonction des conditions locales. Le facteur de sécurité correspondra au potentiel de dommages.

  • Surface de pré alimentant le ruissellement : 1000 m2, coefficient de ruissellement : 0.35
  • Surface en gravier : 100 m2, coefficient de ruissellement : 0.6
  • Intensité pluviométrique : 0.048 l/sm2 (valeur à la station de Saint-Gall pour une période de retour de 100 ans)
  • Facteur de sécurité : 1.5
  • Débit des eaux pluviales : QR = 0.048 • 1.5 • (1000 • 0.35 + 100 • 0.6) = 29.5 l/s

D’après ce calcul, il faut s’attendre à un ruissellement de surface de près de 30 l/s sur ce terrain.

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. La saturation des sols 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

L’aménagement du terrain autour et sur la parcelle détermine la quantité d’eau qui va s’accumuler en surface et sa direction d’écoulement. Si l’on évite de construire dans une dépression et que l’on prévoit dès la phase de planification de l’ouvrage l’écoulement de l’eau dans la direction inverse au bâtiment, on est généralement déjà bien protégé. On peut également calfeutrer les ouvertures du bâtiment potentiellement à risque ou les positionner de manière surélevée.

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

Littérature

Littérature générale

Egli, Th. (2007): Recommandations - Protection des objets contre les dangers naturels météorologiques. Association des établissements cantonaux d'assurance incendie, 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.

Fortes pluies / ruissellement de surface

Bernet DB, Sturny RA, Berger C, Kipfer A, Prasuhn V, Staub B, Stoll S, Thomi L (2018): Werkzeuge zum Thema Oberflächenabfluss als Naturgefahr – eine Entscheidungshilfe. Beiträge zur Hydrologie der Schweiz, Nr. 42, Bern.

Fukutome et al. (2015): Automatic threshold and run parameter selection: a climatology for extreme hourly precipitation in Switzerland. Theor Appl Climatol (2015) 120: 403. doi:10.1007/s00704-014-1180-5

Geo7 (2018): Carte de l’aléa ruissellement - rapport technique (en allemand).

Heinrichs et al. (2016): Gebäude- und Grundstücksentwässerung. Kommentar Planung und Durchführung DIN 1986-100 und DIN EN 12056-4, Beuth Verlag GmbH.

MeteoSchweiz (2014): Extremwertanalyse für Kurzzeit Niederschlagsspitzen. Bericht des Bundesamtes für Meteorologie und Klimatologie zuhanden der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, Bern. (www.klima-extreme.ch)

Rickli, Ch., Forster, F. (1997): Einfluss verschiedener Standorteigenschaften auf die Schätzung von Hochwasserabflüssen in kleinen Einzugsgebieten. Schweizerische Zeitschrift für das Forstwesen, Nr. 148, Zürich.

Robinson, G., Baker, M.C. (1975): Wind-driven rain and buildings. National Research Council Canada No. 14792, Ottawa. doi:10.4224/20373773

Rüttimann, D. (2010): Wegleitung punktuelle Gefahrenabklärung Oberflächenwasser. Egli Engineering AG, St. Gallen.

Scherrer, S. (1997): Abflussbildung bei Starkniederschlägen – Identifikation von Abflussprozessen mittels künstlicher Niederschläge. Mitteilung Nr. 147, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETH, Zürich.

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

van Mook, F.J.R. (2002): Driving rain on building envelopes. Fakultät für Architektur, Planung und Gebäude, Bausteine 69, Technische Universität, Eindhoven. doi:10.6100/IR563455

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

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