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Note ANTEA GEP - n°07-2007 version BSIHA de Limours (91)

Maitrise d‘œuvre des ouvrages de lutte contre les inondations. DLE du Pivot (AM1L3)

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Gestion des Eaux Pluviales

Client : SIHA de Limours

n° de l’affaire : IDFP040412

Intitulé de l’affaire : Maîtrise d’œuvre lutte contre lesinondations sur le bassin versant de la Prédecelle

Rédacteur : PALIX Sylvain, Responsable d’équipe

Tel : 01.69.11.32.60 Fax : 01.69.11.32.61 émail : [email protected]

contrôlé par : Philippe CUSENIER, responsable de projets

Destinataires : M. BRASQUET Date : mercredi 14 février 2007

Objet : Dossier d’autorisation au titre de la Loi sur l’Eau – Dimensionnement des ouvragesde surverse et définition du fonctionnement de la retenue en cas d’épisode exceptionnel

ANTEA a été chargé par le SIHA de Limours de la maîtrise d’œuvre des ouvrages de luttecontre les inondations sur le bassin versant de la Prédecelle. La présente note a trait à lazone inondable du Pivot (désignée ci-après AM1L3) et concerne plus particulièrement lespoints suivants :

− le dimensionnement des ouvrages de surverse de la retenue du Pivot,

− le fonctionnement de l’ouvrage en cas de crue exceptionnelle (et notammentsupérieure à l’hypothèse de dimensionnement. Prise en compte de la crue de sûreté),

− l’analyse en cas de rupture de l’ouvrage.

La présente note intervient en complément des documents suivants :

[1] Etude hydrologique et hydraulique du bassin versant de la Prédecelle. RapportANTEA A43 571 version A de septembre 2006,

[2] Zone inondable au lieu-dit « le Pivot » (AM1L3). Dossier de demande d’autorisationau titre du Code de l’Environnement. Rapport ANTEA A40 065 version B de février2007.

[3] Dimensionnement au stade APD de l’ouvrage Am1L3. Note ANTEA GEP - n°2005/32 version A du 27 mars 2006.

Evolution du document :

Version A - vendredi 9 février 2007 : version initiale (12 pages)Version B - mercredi 14 février 2007 : ajout profils en travers et reprise graphe gradex (15pages)



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SOMMAIRE

1 CONTEXTE ET RAPPELS DES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L’OUVRAGEAM1L3 ................................................................................................................................................................... 3

2 DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES DE SURVERSE.................................................................. 3

2.1 DÉFINITION DES DÉBITS DE CRUE DE RÉFÉRENCE ........................................................................................ 32.2 DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES DE SURVERSE ..................................................................................... 52.3 CRUE DE PROJET ET CRUE DE SÛRETÉ.......................................................................................................... 7

3 ANALYSE DU RISQUE DE RUPTURE................................................................................................... 7

3.1 MÉTHODOLOGIE EMPLOYÉE ET RÉSULTATS ................................................................................................ 73.1.1 Méthodologie et outil utilisé.............................................................................................................. 73.1.2 Résultats obtenus............................................................................................................................... 83.1.3 Enjeux et mesures de surveillance et d’alerte ................................................................................. 14

Liste des figures

Figure 1 : Application du gradex progressif au niveau du Pivot ...............................................5Figure 2 : Ligne d’eau calculée par CASTOR dans le cas d’une rupture progressive .............9Figure 3 :Profil P1 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive)..........................................10Figure 4 : Profil P2 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive).........................................10Figure 5 : Profil P3 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive).........................................11Figure 6 : Profil P4 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive).........................................11Figure 7 : Profil P5 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive).........................................12Figure 8 : Architecture du modèle d’onde de rupture réalisé avec CASTOR.........................13Figure 9 : Photographie aérienne du site ...............................................................................14

Liste des tableaux

Tableau 1 : Principales caractéristiques du bassin versant au droit de l’ouvrage projeté etdébits de crue de référence ..............................................................................................4

Tableau 2 : Quantiles de référence sur 3 et 6 h à la station de Bretigny-sur-Orge (sourceMeteo-France)...................................................................................................................4

Tableau 3 : Evaluation des débits de pointe extrêmes avec la méthode du gradex progressif5Tableau 4 : Débits de pointe de référence à prendre en compte pour le dimensionnement

des déversoirs...................................................................................................................6Tableau 5 : Cote PHE dans les deux casiers de la zone inondable du Pivot...........................7Tableau 6 : Résultats du calcul d’onde de rupture pour le Pivot fournis par CASTOR............8



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1 CONTEXTE ET RAPPELS DES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DEL’OUVRAGE AM1L3

Le Syndicat Intercommunal de l’Hydraulique et de l’Assainissement (SIHA) de Limours aconnu deux épisodes orageux remarquables sur le bassin versant de la Prédecelle, le 7 et le23 juillet 2000. Afin de réduire le risque inondation, deux types d’aménagements ont étéproposés et font l’objet aujourd’hui d’une mission de maîtrise d’œuvre confiée à ANTEA :

− des solutions douces d’aménagements organisées autour de fossés ralentisseurs, debandes enherbées dans les parcelles agricoles et le long du cours d’eau,

− des zones inondables, permettant de laminer les crues de la Prédecelle et de protégerjusqu’à un certain seuil, les biens et les personnes situés à l’aval.

Pour atteindre une période de retour d’insuffisance cinquantennale et en complément dessolutions douces réparties sur le bassin versant, théoriquement 90 000 m³ sont nécessaires.Pour ce faire, 11 zones inondables et bassins de rétention sont prévus dans le programmed’aménagements du SIHA.

La zone inondable du Pivot, désignée AM1L3 représente à elle seule un quart du volumeglobal. Cet ouvrage situé à proximité du château du Pivot, est destiné à réguler le débit de laPrédecelle à environ 2 m³/s, jusqu’à une occurrence cinquantennale.

Ses principales caractéristiques issues de l’Avant-Projet Détaillé (cf. [3]), sont les suivantes :− la zone inondable comporte deux casiers totalisant un volume de 23 200 m³ ; chaque

casier est encadré par une digue de l’ordre de 1,5 m de hauteur,

− elle est alimentée par un ouvrage aménagé dans le lit de la Prédecelle ; unrétrécissement du lit mineur et un déversoir latéral en rive droite permettent sonalimentation à partir d’un débit de l’ordre de 1,5 m³/s dans le cours d’eau,

− des collecteurs Ø 600 mm assurent la vidange de chaque casier ; le débit de rejetétant limité à environ 0,5 m³/s jusqu’à une occurrence cinquantennale.

− sur chaque digue, un déversoir de 25 m de large et de 0,5 m de hauteur assure lapérennité de la structure.

2 DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES DE SURVERSE

2.1 Définition des débits de crue de référence

Le déversoir latéral aménagé dans le lit du cours d’eau a été conçu de manière à ce quejusqu’à un débit de l’ordre de 9 m³/s (supérieur à une occurrence centennale), la répartitionsuivante des débits soit respectée :

− quel que soit le débit provenant de l’amont, 1,5 m³/s sont maintenus dans le lit mineurde la Prédecelle sauf si celui-ci est inférieur,

− à partir de 1,5 m³/s dans la Prédecelle (Q amont), le débit dans la zone inondable estégal à Q amont - 1,5 m³/s.

Le tableau qui suit précise les caractéristiques du bassin versant au niveau de l’ouvrage duPivot et les débits de crue pour des occurrences décennale, vingtennale et cinquantennaleestimés à l’aide du modèle hydrologique.



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Principales caractéristiques du bassin versant au niveau du Pivot

Bassin versant 12,6 km²

Point haut 177 m NGF

Point bas 119 m NGF

Longueur hydraulique 8,1 km

Temps de concentration théorique1 4,4 h

Débits de référence théoriques retenus2

T= 10 ans 5,4 m³/s

T= 20 ans 5,9 m³/s

T= 50 ans 6,4 m³/s

Tableau 1 : Principales caractéristiques du bassin versant au droit de l’ouvrage projeté etdébits de crue de référence

Les débits de crue de référence pour des occurrences supérieures ont été estimés à l’aidede la méthode du gradex (EDF - DUBAND, CEMAGREF - MICHEL). Cette méthode,suppose qu’à partir d’un certain seuil (point « pivot »), tout excédent de pluie se traduit endébit.

Dans le cas présent, nous avons utilisé la méthode du gradex « progressif » qui module legradex des pluies par celui des débits. Les hypothèses appliquées sont les suivantes :

− le point pivot correspond à une occurrence cinquantennale,

− les données pluviométriques utilisées (courbes intensité – durée – fréquence) sontcelles fournies par la station METEO-France de BRETIGNY-SUR-ORGE et sontcohérentes avec la durée de réponse (temps de concentration) du bassin versant.

Quantiles de référencePériode de retour 3 h 6 h

T= 5 ans 25,6 mm 31,2 mmT= 10 ans 29,6 mm 36,3 mmT= 20 ans 33,6 mm 41,3 mmT= 50 ans 38,6 mm 47,7 mm

T= 100 ans 42,4 mm 52,5 mm

Tableau 2 : Quantiles de référence sur 3 et 6 h à la station de Bretigny-sur-Orge(source Meteo-France)

Les résultats d’application de la méthode du gradex apparaissent dans le Tableau 3 et laFigure 1.

1 Evalué en comparant différentes méthodes empiriques : Passini, Kirpich, Giandotti…2 Ces débits de référence ont été estimés en comparant différentes méthodes hydrologiques (cf. [1])et en confrontant les résultats aux dysfonctionnements observés sur le bassin versant. On notera quel’exercice est d’autant plus délicat que le bassin versant n’est pas instrumenté.



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Période de retour T= 50 ans T= 100 ans T= 200 ans T=500 ans T= 1000 ansVariable de Gumbel 3,9 4,6 5,3 6,2 6,9Q pointe théorique 6,4 m3/s 7,2 m3/s 8,5 m3/s 11,1 m3/s 13,6 m3/s

Tableau 3 : Evaluation des débits de pointe extrêmes avec la méthode du gradex progressif

Figure 1 : Application du gradex progressif au niveau du Pivot

La Prédecelle n’étant pas instrumentée, ces valeurs sont entachées d’incertitudes. Parrapport aux débits de faibles occurrences, aucune donnée de calage (témoignages desriverains, dysfonctionnements constatés…) n’est disponible pour préciser les débits de crueexceptionnelle.

Dans tous les cas, les quantiles de crue figurant dans le Tableau 3 apparaissent relativementsécuritaires puisque :

− les débits spécifiques de crue d’occurrence décennale et cinquantennale retenus surla Prédecelle sont supérieurs à ceux disponibles à l’échelle régionale (cf. [1]),

− la méthode du gradex suppose une saturation du bassin versant au-delà du pointpivot et conduit à une augmentation significative du coefficient de ruissellement(l’application de la méthode rationnelle montre en effet qu’entre les périodes de retourcentennale et millennale, le coefficient de ruissellement augmente de 40 %).

2.2 Dimensionnement des ouvrages de surverse

Ces valeurs ont été utilisées pour le dimensionnement des ouvrages de surverse, prévuessur les digues de chacun des casiers.On rappelle que l’ouvrage d’alimentation consiste en un déversoir latéral aménagé dans le litde la Prédecelle, en rive droite et sur une longueur de 25 m.

METHODE DU GRADEX PROGRESSIF(extrapolation des débits de pointe de crue)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00

U Gumbel

Q p

oint

e (m

³/s)

Gradex progressif

Point Pivot



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Cet ouvrage a été dimensionné pour assurer une répartition « correcte » des débits entre laPrédecelle et la zone inondable jusqu’à environ 9 m3/s ce qui correspond à une occurrencethéorique supérieure à 200 ans. On notera que pour une telle valeur, la majeure partie desouvrages de franchissement qui jalonnent le cours d’eau dans le voisinage du projet estinsuffisante.

Le tableau ci-après (Tableau 4) précise les débits que doivent faire transiter les déversoirssur la base des hypothèses suivantes :

− le débit dans le cours d’eau à l’aval de l’ouvrage d’alimentation du Pivot est auminimum égal à 1,5 m3/s tant que le débit provenant de l’amont est inférieur à 9,0m3/s ; au-delà, le débit dans le cours d’eau à l’aval de l’ouvrage augmente. Parsécurité, nous retiendrons 1,5 m3/s quelle que soit la valeur provenant de l’amont (saufsi celle-ci est inférieure),

− le débit de fuite de l’ouvrage est régulé à environ 0,5 m3/s,

− le laminage du à la retenue est négligé.

Période de retour T= 100 ans T= 200 ans T=500 ans T= 1000 ansQ pointe théorique en amont de

l’ouvrage 7,2 m3/s 8,5 m3/s 11,1 m3/s 13,6 m3/s

Q pointe théorique sur les déversoirs 5,2 m3/s 6,5 m3/s 9,1 m3/s 11,6 m3/s

Tableau 4 : Débits de pointe de référence à prendre en compte pour le dimensionnementdes déversoirs

Conformément au guide sur le ralentissement dynamique édité par le MEDD3, les déversoirsont été dimensionnés sur la base de la formule de seuil suivante :

23

2 hgLQ ⋅⋅⋅⋅= µ

avec Q : débit en m3/s,µ : coefficient de débit variant entre 0,32 et 0,5 selon la forme du seuil,L : longueur du seuil en m,h : charge hydraulique sur le seuil en m,g : accélération de la pesanteur = 9,81 m2/s.

Compte tenu de ce qui a été évoqué précédemment, les caractéristiques des déversoirsretenues sont les suivantes : longueur = 25 m et hauteur = 0,5 m.

Sur la base des hypothèses suivantes :− seuil fonctionnant en régime dénoyé (hypothèse satisfaite, vu le calage altimétrique

des deux casiers de la zone inondable),

− coefficient de débit égal à 0,4.

les déversoirs proposés permettent de faire transiter un débit de l’ordre de 14 m3/s ce qui estsupérieur au débit théorique millénal et est cohérent avec le débit pouvant provenir del’amont. 3 Le ralentissement dynamique pour la prévention des inondations. Guide des aménagementsassociant l’épandage des crues dans le lit majeur et leur écrêtement dans de petits ouvrages.Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable. Septembre 2004. 129 p.



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Les digues au niveau des déversoirs seront protégées par des enrochements et un bassinde dissipation est prévu en pied du parement aval pour limiter les risques d’érosion (maintiendu ressaut hydraulique à l’intérieur du bassin). Ce bassin sera définit complètement au coursdes phases de conception détaillée de l’aménagement.

2.3 Crue de projet et crue de sûreté

La crue de projet qui a servi à dimensionner les déversoirs est la crue d’occurrencecentennale non laminée, soit un débit à prendre en compte de l’ordre de 5,2 m3/s.Pour cette crue, la lame d’eau sur le déversoir sera de l’ordre de 0,25 m ce qui définit pourchaque casier la cote des Plus Hautes Eaux (PHE) :

Casier amont Casier avalNiveau déversoir 118,00 m NGF 117,00 m NGFCrête digue 118,50 m NGF 117,50 m NGFCote PHE (T=100 ans) 118,25 m NGF 117,25 m NGF

Tableau 5 : Cote PHE dans les deux casiers de la zone inondable du Pivot

Une revanche de l’ordre de 25 cm a été prévue au-dessus de cette cote.

La crue de sûreté correspond à la crue au-delà de laquelle la sécurité de l’ouvrage n’est plusgarantie. Elle peut être assimilée à la crue engendrant un débit tel que la crête des digues(non protégées sur toute leur longueur) est atteinte.

Dans le cas présent, la crue de sûreté est supérieure à la crue théorique d’occurrencemillennale (un déversoir de 25 m de large et de 0,5 m autorise le passage d’un débit del’ordre de 14 m3/s, en reprenant les hypothèses du paragraphe précédent).

3 ANALYSE DU RISQUE DE RUPTURE

3.1 Méthodologie employée et résultats

3.1.1 Méthodologie et outil utilisé

L’ouvrage du Pivot consiste à aménager deux digues dans le lit majeur droit de laPrédecelle. Comme tout endiguement ou barrage, cet ouvrage présente un risque pour lasécurité publique qu’il convient d’appréhender, au regard de ses caractéristiques techniques(volume, hauteur d’eau, crue de projet et de sûreté) et de son environnement (enjeu situé àproximité).

L’ouvrage se situe en aval de la partie urbanisée de Limours et en amont immédiat duchâteau du Pivot, ceinturé par un mur de clôture le long du chemin communal n°16 et de laRD 152.

Pour analyser le risque de rupture, nous avons utilisé le logiciel CASTOR (version 2.2)développé par le CEMAGREF. Il s’agit d’un logiciel permettant de simuler la rupture de digueet de barrage et de propager l’onde correspondante de manière monodimensionnelle. Ilpermet d’évaluer les hauteurs d’eau et les vitesses d’écoulement.



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Le modèle d’onde de rupture a été élaboré sur la base des relevés topographiquesdisponibles au niveau et en aval du projet. Les hypothèses retenues pour la modélisationsont conformes aux règles de l’art et sont les suivantes :

− le modèle intègre une rupture progressive de la digue aval de l’ouvrage (la ruptureinstantanée ne se produit guère que pour des ouvrages en béton),

− les caractéristiques géométriques pour décrire la retenue sont les suivantes : volumedu casier aval = 11 050 m3, hauteur d’eau = 1,5 m (niveau d’eau au niveau de la crêtede la digue ce qui correspond au remplissage complet du casier aval – cas de la cruede sûreté),

− les caractéristiques géométriques de la brèche sont conformes aux règles de l’art :hauteur = hauteur de la digue = 1,5 m ; largeur = 4 x hauteur de la digue = 6 m,

− le coefficient de rugosité est égal à 25 m1/3/s,

− la pente moyenne est celle de la vallée soit environ 0,5 %,

− le mur de clôture de la propriété du Pivot (coté chemin communal n°16) est supposés’effacer instantanément.

L’architecture du modèle est représentée sur la Figure 8 en page 13. Outre la retenue, ilcomprend 5 profils en travers et s’étend sur environ 750 m en aval de l’ouvrage projeté.

3.1.2 Résultats obtenus

Les résultats obtenus sont fournis dans le Tableau 6 et sur les figures suivantes (Figure 2 àFigure 7).

Tableau 6 : Résultats du calcul d’onde de rupture pour le Pivot fournis par CASTOR

Il en ressort les points suivants :− le débit de pointe théorique en aval immédiat de l’ouvrage est de l’ordre de 10 m3/s ;

ce débit est repris pour partie par la Prédecelle en amont et au droit de la propriétéAUBERT et par le canal et l’étang qui se situent dans la propriété et rejoignent laPrédecelle,

− la hauteur d’eau théorique diminue très rapidement (un distinguo a été fait entre le fild’eau et le niveau moyen du terrain naturel dans la mesure où la propriété est« traversée » par un canal et par la Prédecelle) ; la hauteur de submersion atteintthéoriquement moins de 30 cm au niveau du chemin communal n°116 et avoisine ladizaine de cm dans la propriété ; à l’aval le débit rejoint très rapidement le lit mineur dela Prédecelle,

− la modélisation confirme que la RD 154 reste hors d’eau ; au niveau des profils P1 etP2 la cote TN à prendre en compte se situe respectivement à 117,3 et 117,1 m NGF,

Profil Distance Hauteur max Fil d'eau TN moyen Cote max Vitesse Temps d'arrivée

Ligne d'énergie

(m) (m NGF) (m NGF) (m NGF) (m/s) (min) (m NGF)Digue Pivot 0 1.09 116 116 117.09 1.83 0 117.26

P1 90 1.63 114.5 116 116.13 0.98 1 116.18P2 117 0.21 116.55 116.6 116.76 0.6 2 116.78P3 162 1.13 114 115 115.13 0.98 3 115.18

P3B 272 0.41 115.25 115.7 115.66 0.96 5 115.71P4 402 1.21 111 115.5 112.21 2.05 7 112.42P5 812 0.64 108.24 108.88 1.25 12 108.96



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− la vitesse théorique au niveau du chemin communal n°116 et de la propriété serait del’ordre de 1 m/s,

− l’onde se propage quasi instantanément et atteint la propriété en quelques minutes.

Figure 2 : Ligne d’eau calculée par CASTOR dans le cas d’une rupture progressive

Une analyse de sensibilité effectuée sur les différents paramètres (type de rupture,coefficient de rugosité…) ne modifie pas significativement les grandeurs hydrauliquescalculées au droit de la propriété du Pivot. L’amplitude en terme de hauteur de submersionest relativement faible compte tenu de la topographie du lit majeur de la Prédecelle en avalde l’ouvrage et avoisine globalement la dizaine de centimètres.



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Figure 3 :Profil P1 et niveau d’eau4 calculé ( rupture progressive)

Figure 4 : Profil P2 et niveau d’eau calculé ( rupture progressive)

4 Le niveau d’eau calculé correspond au trait plein sur les figures. Les autres lignes (traits pointillés) correspondent à descalculs effectués avec des hypothèses optimistes et pessimistes (le débit pris pour référence est respectivement égal à 0,5 et1,5 fois le débit le plus probable au moment de la rupture).



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Figure 8 : Architecture du modèle d’onde de rupture réalisé avec CASTOR



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3.1.3 Enjeux et mesures de surveillance et d’alerte

La propriété du Pivot se situe en aval immédiat de la zone inondable projetée et constitue leseul enjeu susceptible d’être atteint en cas de rupture de la digue. On note au niveau decette propriété la présence de trois bâtiments (2 habitations et 1 abri de jardin – bâtiment leplus proche du mur de clôture).

La route départementale RD152 et les habitations situées de l’autre côté du carrefour sontthéoriquement hors d’eau. L’onde de rupture est reprise en aval de la propriété du Pivot parle lit mineur de la Prédecelle. La « perturbation hydraulique » n’affecte pas le hameau deArdillières située à environ 2 km de la propriété de M et Mme AUBERT (premièreshabitations concernées à l’aval du Pivot).

Figure 9 : Photographie aérienne du site

Comme indiqué dans le dossier Loi sur l’Eau relatif au projet de zone inondable, plusieursactions complémentaires seront menées pour assurer la surveillance et l’entretien desouvrages en vue d’en garantir la pérennité. Le SIHA assurera :

− une surveillance de routine destinée à suivre l’évolution et le comportement del’ouvrage,

− des visites en sollicitation et après sollicitation,

− un entretien de l’ouvrage avec une attention particulière sur l’ouvrage d’alimentationde la zone inondable, les ouvrages de fuite et de surverse et les digues des deuxcasiers.

Ces mesures seront « proportionnées » à la taille de l’ouvrage, aux enjeux situés en aval etaux conséquences décrites précédemment en cas de rupture des digues.Dans le cas présent et compte tenu du fait qu’en cas de rupture de digue (en prenant deshypothèses défavorables), les hauteurs d’eau et les vitesses d’écoulement restent limitées,le SIHA de Limours :



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− prévoit d’informer les propriétaires du château du Pivot des risques susceptibles de seproduire en cas de dysfonctionnement lors de la réalisation de l’ouvrage et àéchéance régulière (au moins une fois tous les deux ans) ; les dommages à attendresont, pour un épisode exceptionnel (la crue de sûreté dépasse l’occurrencemillennale) une inondation de leurs biens sous des hauteurs d’eau de l’ordre dequelques dizaines de centimètres,

− suivra le fonctionnement de l’ouvrage en cas d’épisode de crue afin dans la mesuredu possible de diffuser le plus en amont possible l’information voire d’alerter lesriverains. En crue, le SIHA se rendra sur place, procèdera aux relevés (plus hauteseaux) et constations nécessaires (état des ouvrages, indice éventuel des désordres)et interviendra dans la mesure de ses compétences.

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