ETUDE DE LA MISE EN PLACE DE TROIS BARRAGES EN AMONT...

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur

Présenté par :

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls

Soutenu le : 02 Octobre 2015

Promotion 2013

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

-------------------------------------

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

-------------------------------------

OPTION GENIE CIVIL

-------------------------------------

DEPARTEMENT HYDRAULIQUE

ETUDE DE LA MISE EN PLACE DE TROIS BARRAGES EN

AMONT DE L’IKOPA, POUR LA PROTECTION DE LA

PLAINE D’ANTANANARIVO ET SES AGGLOMERATIONS

CONTRE L’INONDATION

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur

Présenté et soutenu par :


Président du jury :

Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona

Enseignant chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA)

Encadreur pédagogique :

Monsieur RAMBININTSOA Tahina

Enseignant chercheur à l’ESPA

Examinateurs :

Monsieur RAKOTO David


Monsieur RANDRIANASOLO David


Monsieur RANDRIANARIVONY Charles


UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

-------------------------------------

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

-------------------------------------

OPTION GENIE CIVIL

-------------------------------------

DEPARTEMENT HYDRAULIQUE

ETUDE DE LA MISE EN PLACE DE TROIS BARRAGES EN

AMONT DE L’IKOPA, POUR LA PROTECTION DE LA

PLAINE D’ANTANANARIVO ET SES AGGLOMERATIONS

CONTRE L’INONDATION


REMERCIEMENTS

En témoignage de ma profonde gratitude et ma reconnaissance à la réalisation de ce présent

mémoire, je ne saurais présenter ce travail sans rendre gloire à Dieu pour sa bonté et sa fidélité,

de m’avoir donné la force, le courage et la santé ;

Aussi, j’adresse mes sincères remerciements à :

Monsieur ANDRIANARY Philippe, Directeur de l’Ecole, qui m’a donné l’opportunité

de suivre mes études supérieures au sein de l’ESPA ;

Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona, Chef de Département Hydraulique et qui

a fait l’honneur de présider ce mémoire ;

Mes hommages respectueux sont prononcés à l’intention de monsieur RAMBININTSOA

Tahina, Enseignant chercheur à l’ESPA et encadreur pédagogique de ce présent mémoire, pour

l’aide inestimable et les conseils judicieux qu’il m’a prodigués pendant l’élaboration de ce

travail.

Mes vifs remerciements s’adressent aux autres membres de jury, pour leur contribution

significative à l’amélioration de ce travail dont :

Monsieur RAKOTO David

Monsieur RANDRIANASOLO David

Monsieur RANDRIANARIVONY Charles

Je joins à ce témoignage de reconnaissance tous nos enseignants et personnels de l’ESPA pour

le dévouement exemplaire qu’ils ont manifesté durant ces cinq années d’études pour notre

réussite.

Je remercie également le : Ministère d’Etat chargé des projets présidentiels, de l’Aménagement

du Territoire et de l’Equipement (MEPATE) d’avoir l’idée et de m’octroyer ce sujet de mémoire.

Ma très grande attention sera naturellement à mes parents et à mes deux frères pour leur amour,

leurs soutiens bienveillants et leurs encouragements.

Mes pensées particulières vont à l’endroit de ma famille, mes amis et mes collègues pour leur

aide et leur appui.

Et que tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce présent mémoire

trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude.

MERCI A TOUS !


DECLARATION SUR L’HONNEUR

Je soussigné, RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls, auteur de ce présent mémoire de fin d’études

en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur en Hydraulique intitulé : « Etude de la mise en

place de trois barrages en amont de l’Ikopa, pour la protection de la plaine d’Antananarivo et ses

agglomérations contre l’inondation », déclare sur l’honneur que :

Ce document est le résultat de mes travaux de recherches

personnelles qui n’ont pas encore été publiés.

Dans cet écrit, je n’ai ni copié ni reproduit les œuvres d’autrui.

Conformément à l’usage en matière de travaux destinés au public,

j’ai précisé à partir de la bibliographie les sources exactes des documents

exploités.

Antananarivo, le 28 Septembre 2015


RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls I

SOMMAIRE

LISTE DES ABREVIATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES CARTES

AVANT PROPOS

INTRODUCTION

PARTIE 1 : GENERALITE ET MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE

1.1. LE SYSTEME HYDRAULIQUE DE LA VILLE D’ANTANANARIVO

1.2. MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE

PARTIE 2 : ETUDE HYDROLOGIQUE

2.1. LE BASSIN VERSANT

2.2 ETUDE DES CRUES

PARTIE 3 : MNT ET RESERVOIR

3.1. LE MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN

3.2. RESERVOIRS ET IMPLANTATION DU BARRAGE

PARTIE 4 : ETUDE DES BARRAGES

4.1. GENERALITES SUR LES BARRAGES

4.2. DIMENSIONNEMENT DU BARRAGE

4.3. STABILITE

PARTIE 5 : ETUDES D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET ETUDE FINANCIERE

5.1. ETUDES D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL

5.2. ETUDE FINANCIERE

DISCUSSION

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

WEBOGRAPHIE

ANNEXE

TABLE DES MATIERES

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls II

LISTE DES ABREVIATIONS

APIPA: Autorité de protection contre l’Inondation de la Plaine D’Antananarivo

BA : Béton Armé

BD: Base de données

BNGRC : Bureau Nationale de Gestion des Risques et des Catastrophes

BPPAR: Bureau de Promotion des Projets et d’Aménagement des Projets

BV : Bassin Versant

CFBR : Comité Français des Barrages et Réservoirs

CR: Commune Rural

CU : Commune Urbaine

CUA : Commune Urbaine Antananarivo

EIE : Etude d’impact Environnemental

ESPA: Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

ETP : Evapotranspiration Potentielle

FTM: Foibe Taon-tsaritanin’i Madagasikara

GPS: Global Positioning system

GR: Génie Rural

HAE : Hauteur Au- dessus de l’Ellipsoïde

MAEP : Ministère de l’Agriculture de l’Elevage et de la pêche

MECIE: Mise En Compatibilité des Investissements avec L’Environnement

MEPATE : Ministère d’Etat chargé des projets présidentiels, de l’Aménagement du Territoire et

de l’Equipement

MNT: Modèle Numérique de Terrain

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls III

NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration

ORSTOM: Office de la Recherche Scientifique et Technique d’Outre-Mer

PHE : Plus Hautes Eaux

PK: Point Kilométrique

PREE : PRogramme d’Engagement Environnemental

PT : Profil en travers

RIP: Route Inter Provincial

RN : Route Nationale

SIG: Système d’information Géographique

SOGREAH: SOciété GRénobloise d’Etudes et d’Aménagement Hydraulique

SOMEAH: SOciété Malgache d’Etudes et Aménagement Hydraulique

SRTM: Shuttle Radar Topography Mission

TIN: Triangulated irregular Network

WGS: World Geodesic System

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls IV

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Listes des communes par District dans la zone d’étude ........................................... 11

Tableau 2:Répartition des valeurs de pente par District (Source: Atlas Analamanga 2014) ..... 19

Tableau 3:Répartitions des espaces non-cultivables par District ............................................... 21

Tableau 4:Répartition des espaces cultivés par District ............................................................. 22

Tableau 5: Superficie des zones humides ................................................................................... 23

Tableau 6: Nombre de population par district et densité ........................................................... 23

Tableau 7: Les temps de concentration ...................................................................................... 33

Tableau 8: Caractéristiques du BV ............................................................................................ 34

Tableau 9: Les variables réduites de Gumbel ............................................................................. 35

Tableau 10: Calcul de pluviométrie par Gumbel ........................................................................ 36

Tableau 11: Calcul des débits de crue par Louis Duret .............................................................. 38

Tableau 12: Les paramètres E, G et V par ORSTOM ................................................................ 39

Tableau 13 : Calcul de Q10 par la méthode ORSTOM .............................................................. 39

Tableau 14: Calcul de Q10 par la méthode des stations de référence ........................................ 40

Tableau 15: calcul des débits de crue par SOMEAH ................................................................. 40

Tableau 16: Calcul des débits de crue de Mamba par SOMEAH .............................................. 40

Tableau 17:Les Valeurs De Q10 ................................................................................................ 41

Tableau 18: Débits maximal des pertuis ..................................................................................... 54

Tableau 19: Volume d'eau à retenir ............................................................................................ 55

Tableau 20:Résultats des volumes et surfaces sur différents crues ............................................ 57

Tableau 21:Surfaces inondés ...................................................................................................... 57

Tableau 22: dimensions des pertuis pour chaque barrage .......................................................... 73

Tableau 23: Les paramètres pour le dimensionnement des seuils .............................................. 75

Tableau 24: Les dimensions du déversoir .................................................................................. 75

Tableau 25: les altitudes des différents cotes du barrage ........................................................... 77

Tableau 26: Hauteurs des barrages ............................................................................................. 77

Tableau 27: Largeur en crête du barrage .................................................................................... 78

Tableau 28: Largeur de base du barrage ..................................................................................... 79

Tableau 29: Longueur en crête des barrages .............................................................................. 81

Tableau 30: Les caractéristiques de chaque barrages ................................................................. 82

Tableau 31: Les dimensions des barrages .................................................................................. 82

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls V

Tableau 32: Analyse des impacts ............................................................................................... 98

Tableau 33: Evaluation et importance des impacts .................................................................... 99

Tableau 34: Les mesures d'atténuation pour chaque impacts ................................................... 104

Tableau 35: Volume des remblais pour les trois barrages ........................................................ 105

Tableau 36: Surface couverte du talus amont des barrages ...................................................... 105

Tableau 37: Volume des matériaux de protection des talus amont .......................................... 105

Tableau 38/Volume des matériaux de protection des talus AVAL .......................................... 106

Tableau 39: Volume des matériaux pour la crête ..................................................................... 106

Tableau 40:Volume des matériaux sur le déversoir de sécurité ............................................... 107

Tableau 41: Cubature B1 ............................................................................................................. iv

Tableau 42: cubature B2 ............................................................................................................. iv

Tableau 43: Cubature B3 .............................................................................................................. v

Tableau 44: Volume des matériaux pour la protection des talus B1 ............................................ v

Tableau 45 : Volume des matériaux pour la protection des talus B2 .......................................... vi

Tableau 46: Volume des matériaux pour la protection des talus B3 ........................................... vi

Tableau 47: Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B1 ........................................ vii

Tableau 48:Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B2 ......................................... vii

Tableau 49:Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B3 ......................................... vii

Tableau 50: Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B1 ................................... vii

Tableau 51:Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B2 ................................... viii

Tableau 52:Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B3 ................................... viii

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls VI

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Inondation d'Antananarivo et ses environs le 27/02/15 (Photos BNGRC) ................... 4

Figure 2: Digue de la rivière Sisaony à Soavina rompue le 27/02/15 (photo BNGRC) .............. 7

Figure 3:Site du barrage B1 pour la rivière Ikopa (Photo Google Earth) ................................... 13

Figure 4:Colline pour la mise en place du barrage B1 sur l'Ikopa ............................................. 14

Figure 5: Site du barrage B2 pour la rivière Sisaony (Photo: Google Earth) ............................. 14

Figure 6: Colline pour la mise en place du barrage B2 sur la rivière Sisaony .......................... 15

Figure 7: Site du barrage B3 pour la rivière Mamba (Photo : Google Earth) ............................ 15

Figure 8:Colline pour la mise en place du barrage B3 sur la rivière Mamba ............................. 16

Figure 9: Profils des bassins versants ......................................................................................... 25

Figure 10: les points cotés pour l'Ikopa sur Google Earth Pro ................................................... 45

Figure 11: Les points cotés pour la Sisaony sur Google Earth Pro .......................................... 45

Figure 12: les points cotés pour la Mamba sur Google Earth Pro ............................................ 46

Figure 13: Outils de calcul de volume et surface sur ArcGis ..................................................... 56

Figure 14: Vue 3D sur la MNT de l'Ikopa pour un plan d'eau de 15m ...................................... 58

Figure 15: Vue 3D sur la MNT de la Sisaony pour un plan d'eau de 10m ................................ 59

Figure 16: Vue 3D sur la MNT de la Mamba pour un plan d'eau de 10m ................................. 60

Figure 17: Coupe type d'un barrage poids .................................................................................. 63

Figure 18: Coupe type d'un Barrage voûte ................................................................................. 63

Figure 19: Barrage à contrefort (vue de dessus) ......................................................................... 64

Figure 20: Coupe d'un Barrage en terre homogène .................................................................... 65

Figure 21:Coupe d'un barrage à masque amont étanche ............................................................ 65

Figure 22: Coupe d'un barrage à noyau central .......................................................................... 66

Figure 23: Schéma de fonctionnement d'un barrage écrêteur de crue ........................................ 67

Figure 24: Allure des crues avant et après le barrage ................................................................. 67

Figure 25: Coupe schématique d'un barrage écrêteur de crue .................................................... 71

Figure 26: PT du site du barrage B1 sous Vertical Mapper ....................................................... 80

Figure 27:PT du site du barrage B2 sous Vertical Mapper ........................................................ 80

Figure 28: PT du site du barrage B3 sous Vertical Mapper ....................................................... 81

Figure 29: Coupe transversale du barrage B1 ............................................................................ 83

Figure 30: Vue de face du barrage B1 ........................................................................................ 83

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls VII


Figure 32: Vue de face du barrage B2 ........................................................................................ 84


Figure 34:Vue de face du barrage B3 ......................................................................................... 85

Figure 35: méthode des tranches ................................................................................................ 89

Figure 36: Stabilité au glissement des fondations ...................................................................... 92

Figure 37: Principe de fonctionnement des vannes AVIO ........................................................... x

Figure 38: Schéma des vannes AVIO ........................................................................................... x

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls VII

I

LISTE DES CARTES

Carte 1: Les rivières traversant l'agglomération d'Antananarivo................................................. 9

Carte 2: Délimitation de la zone d'étude .................................................................................... 12

Carte 3: site des trois barrages .................................................................................................. 17

Carte 4: Bassin Versant de L'Ikopa ........................................................................................... 27

Carte 5:Bassin Versant de la Sisaony ........................................................................................ 28

Carte 6: Bassin Versant Mamba ................................................................................................ 29

Carte 7: Ensemble des trois Bassins Versant ............................................................................ 30

Carte 8: MNT de l'Ikopa Sous Vertical Mapper ........................................................................ 47

Carte 9: Courbe de niveau sur le MNT de l'Ikopa ..................................................................... 48

Carte 10: MNT de la Sisaony sous Vertical Mapper ................................................................. 49

Carte 11: Courbe de niveau sur le MNT de la Sisaony ............................................................. 50

Carte 12: MNT Mamba sous Vertical Mapper .......................................................................... 51

Carte 13: Courbe de niveau sur MNT Mamba .......................................................................... 52

RAKOTONDRABE Manda Mirsaëls 1

AVANT-PROPOS

L’inondation de la plaine d’Antananarivo et ses agglomérations est un grand problème qui n’est

pas encore maitrisé et pose une grande barrière pour l’urbanisation et développement durable

pour la capitale, alors, actuellement la condition préalable pour arriver à ces fins est de trouver

la solution pour la protection contre l’inondation. C’est pour cela l’objet de ce travail qui est

d’étudier la mise en place des barrages de rétention de crue en amont de l’Ikopa, Sisaony et

Mamba pour pouvoir gérer au mieux la variation saisonnière du régime de ces trois rivières et

permettra de contrôler les crues en jouant le rôle de ralentissement dynamique et écrêteur de crue.

De plus l’existence de ces barrages facilitera la gestion de l’eau en termes d’irrigation

hydroagricole, d’adduction d’eau, d’aménagements hydroélectriques ou à exploiter pour des

façons différentes. La réalisation de ces études permettra donc un atout majeur pour la capitale,

dont l’atténuation de l’inondation et l’urbanisation en toute sécurité de la ville, de plus les

habitants en amont et aussi en aval peuvent en profiter pour d’autres usages.

INTRODUCTION

La plaine d’Antananarivo est le point de convergence de cinq grandes rivières (Ikopa, Sisaony,

Mamba, Andromba et Katsaoka) qui se réunissent en un seul cours d’eau nommé rivière Ikopa,

mais seuls les trois premiers y touchent la grande partie de la plaine.

L’Ikopa sort de la plaine par le déversoir naturel qui constitue le seuil rocheux des chutes de

Farahantsana. Suites aux endiguements de ces rivières, elles ont la caractéristique de couler au-

dessus de leur plaine d’inondation qui est le val d’inondation de l’Ikopa et qui provoque chaque

année des dégâts inestimable sur le plan sociaux et économiques de la ville d’Antananarivo.

Or, l’Etat Malagasy interdit le remblaiement illicite sur le val d’inondation de L’Ikopa qui joue

le rôle de bassin de laminage de crues durant les hautes eaux. Ces remblaiements qui

s’intensifient de jour en jour par les investisseurs étrangers, Cependant, vu que les collines sont

saturées, les habitants de la capitale s’installent sur les quartiers bas et sur les plaines en

remblayant les rizières. D’où pendant la période des crues, des vies humaines et plusieurs

infrastructures sont en danger et vulnérable. Donc, le problème d’inondation de la plaine

d’Antananarivo augmente de temps en temps sans précautions durable.

Des solutions sont déjà mis en place par des autorités qui œuvrent sur la protection contre

l’inondation de la plaine d’Antananarivo comme l’APIPA (Autorité de protection contre

l’Inondation de la Plaine d’Antananarivo) mais qui ne résolvent que des problèmes ponctuels au

niveau des zones et des quartiers concernés comme le curage, le regabaritage des canaux existants

et la construction des nouveaux canaux d’évacuation.


Actuellement, la condition sine qua non pour l’urbanisation durable d’Antananarivo est la

protection contre l’inondation. Or, avec l’augmentation des remblais illicites sur les vals

d’inondation, la capacité de rétention diminue. Les canaux principaux et les bassins tampons

débordent pendant la période des pluies, et favoriser par le changement climatique, l’inondation

de la ville s’intensifie de plus en plus qui met en péril la vie des tananariviens et empêche sa

développement. D’où la nécessité de trouver des solutions durables sur les problèmes

hydrauliques d’Antananarivo.

Des solutions sont envisageables comme l’endiguement des zones en amont, ou de rehausser les

digues actuelles, de densifier les réseaux d’assainissement de la ville, de dérocter le lit de l’Ikopa

à Farahantsana, de construire des bassins tampons et de regabariter les collecteurs principaux.

Mais la meilleure solution repose sur la création des barrages de rétention des crues en amont des

rivières (Ikopa, Sisaony et Mamba) qui fait l’existence de ce mémoire pour l’étude de la mise en

place de trois barrages en amont de la ville d’Antananarivo sur l’Ikopa, la Sisaony et le Mamba.

Donc l’étude devrait amener la solution sur l’urbanisation d’Antananarivo, et l’atténuation de

l’inondation qui protégera les tananariviens vivant dans les quartiers bas, une pré-

dimensionnement des trois barrages va être supposé avec ces coûts estimatifs.

Pour faciliter la lecture et l’interprétation de cet ouvrage, un plan logique sera suivi. Ainsi,

l’ouvrage sera composé de cinq parties principales qui sont:

- La généralité et monographie de la zone d’étude ;

- L’étude hydrologique ;

- Le modèle numérique de terrain (MNT) et réservoirs ;

- L’étude des barrages ;

- L’étude d’impact environnemental et étude financière

Généralité et monographie de la zone d’étude


PARTIE 1 : GENERALITE ET MONOGRAPHIE DE LA

ZONE D’ETUDE



1.1. LE SYSTEME HYDRAULIQUE DE LA VILLE

D’ANTANANARIVO

1.1.1. L’inondation d’Antananarivo

La plaine d’Antananarivo est le point de convergence de trois grandes rivières qui lui inonde à

chaque période de pluies. Ces inondations touchent particulièrement la grande plaine de

Betsimitatatra et la zone sise entre la rivière Ikopa et la rivière Sisaony, les plaines au nord de la

rivière Mamba. Parmi les grandes inondations ayant frappées la plaine d’Antananarivo, on peut

citer celle de 1959, 1982, 1993, 2008 et récemment 2015 que les figures ci-dessous illustrent.

Figure 1: Inondation d'Antananarivo et ses environs le 27/02/15 (Photos BNGRC)

http://img.over-blog-kiwi.com/1/28/70/26/20150303/ob_7d266c_8.jpg

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Actuellement les ouvrages et équipements assurant la défense de la plaine d’Antananarivo contre

les inondations est gérer par l’APIPA (Autorité de Protection contre l’Inondation de la plaine

d’Antananarivo). Elle participe aussi à la réalisation des opérations pour améliorer la

performance du système de protection dont le but de protéger contre l’inondation la plaine

d’Antananarivo dans le val de l’Ikopa et de ses affluents comprise dans la périmètre du Grand

Tana (Antananarivo Renivohitra, Antananarivo Avaradrano et Antananarivo Atsimondrano), de

libérer de nouveaux espaces et de sauvegarder les zones inondables.

1.1.2. Le système de protection actuelle

La plaine d’Antananarivo est drainée par l’Ikopa et ses affluents (Sisaony, Mamba) et se fait

difficilement en raison de la barrière naturelle constitué par le seuil de Bevomanga (situé à 20

km au Nord-Ouest du centre-ville) surtout lors des périodes de fortes pluies et des cyclones

lorsque le niveau de l’Ikopa domine la plaine d’Antananarivo. Les rivières ont été endiguées sur

une partie de leurs cours pour limiter les inondations au niveau de la plaine. Les endiguements

en rive gauche de la rivière Mamba et en rive droite de l’Ikopa protège la ville d’Antananarivo

contre les crues de période de retour égale à 10 ans et constituant ainsi un polder, d’où

l’importance de la conservation du val d’inondation.

1.1.2.1. Les bassins tampons

Ce sont des bassins qui reçoivent les eaux pluviales provenant des collines pour être laminées.

On y trouve le marais Masay, le lac Anosy, les casiers d’Anosibe et d’Andavamamba.

1.1.2.2. Le système de drainage

Comme la plaine du Grand Tana forme un polder, elle est entouré de digues qui la protègent des

débordements des rivières Ikopa et Mamba. Des ouvrages vannés sont aménagés dans ces digues

pour le passage des canaux de drainages d’eaux pluviales qui sont :

Le canal Andriantany amont d’une longueur de 14 km allant d’Ankadimbahoaka à la station de

pompage d’Ambodimita, qui collecte les eaux de la partie collinaire de la ville et les eaux de la

plaine agricole Nord.

Le canal C3 ayant une longueur de 10 Km qui draine les eaux collectés par les bassins de la

plaine Sud urbanisée, les débits excédentaires du canal Andriantany au niveau de l’ouvrage de

décharge d’Antohomadinika, et les débits de drainage agricole.

La station de pompage d’Ambodimita : Au débouché du polder à Ambodimita, les deux canaux

Andriantany et C3 s’écoulent soit gravitairement, soit par pompage dans ce station quand les

vannes de sécurité du polder sont fermées, et sont pompées et évacuées par un canal de fuite vers

la rivière Mamba.



Le canal Andriantany aval qui prolonge le canal Andriantany amont sur 10 Km depuis la sortie

du polder à Ambodimita jusqu’au débouché dans la rivière Ikopa à Ampanindrona.

Le canal GR (Génie Rural) qui est un canal en terre de 14 Km de longueur partant du barrage de

Tanjombato à Soavimasoandro. Il a pour rôle d’irrigation par l’Ikopa dans les périmètres

rizicoles, mais pendant la période des pluies, il est utilisé comme drain des quartiers bas de la

IVème Arrondissement qui se décharge à Amorona dans le canal Andriantany.

Quand les rivières sont en crue, les vannes sont fermées pour empêcher les eaux des rivières de

refouler vers le polder. Par contre, les eaux pluviales collectées par le polder ne peuvent plus

s’évacuer à l’extérieur des digues.

1.1.2.3. L’annonce des crues

Le but est de prévoir 24 heures à l’avance les crues des rivières dans leur traversée de la ville

pour lancer un avis d’alerte à la population et aux services de secours. L’équipement d’annonce

des crues est composé de 18 stations de mesure automatique de pluie et/ou de débit dans le bassin

versant de l’Ikopa en amont de Bevomanga.

1.1.3. Les problèmes

Vue tous ces systèmes de protection actuel, Le drainage de ce polder reste la principale

difficulté. En effet, la très faible pente du terrain, de l’ordre de 0,2% ne favorise pas l’écoulement

des eaux superficielles du Sud vers le Nord. Lors des crues fréquentes, l’Ikopa atteint la cote de

1250 m et domine le polder dont l’altitude varie entre 1246,50m et 1249,50m selon la situation

géographique et l’état du remblaiement.

De plus, Le développement de la ville se poursuit activement dans la plaine avec des

remblaiements et urbanisation souvent incontrôlés. Les surfaces vouées à l’agriculture et les

zones marécageuses diminuent rapidement.

Par conséquent l’espace destinée à stocker le volume d’eau de ruissellement des zones urbanisées

se réduit et l’eau dans la plaine monte rapidement vue la capacité de pompage de la station

d’Ambodimita en cas de période de forte pluie.

D’autre part, la cote des remblais incontrôlés se situe souvent en dessous de 1249m (cote fixé par

le BPPAR pour protéger contre l’inondation). Les implantations en dessous de cette cote se

trouvent d’habitude en zone sinistrée lors des périodes de fortes averses.

En outre, les digues n’arrivent plus à tenir les fortes crues et se rompent de temps en temps,

comme le cas de la digue de Sisaony au niveau de Soavina qui provoque plus de 8400 sinistrés

cette année.



Figure 2: Digue de la rivière Sisaony à Soavina rompue le 27/02/15 (photo BNGRC)

1.1.4. Hydrographie du Grand Tana

Une grande partie des principaux fleuves de Madagascar traversent la province d’Antananarivo

mais seul l’Ikopa et ses affluents (Mamba et Sisaony) passent et inondent la plaine du Grand

Tana en période de pluie.

1.1.4.1. La rivière Ikopa

La rivière Ikopa est formée par la réunion de la Varahina Sud et de la Varahina Nord. Elle coule

en direction Est-Ouest, dans un lit relativement encaissé, avec une pente moyenne de 2 m/km

jusqu’à Ambohimanambola. L‘Ikopa entre alors dans la plaine d’Antananarivo en passant par

Mandroseza, Anosizato, Ambohitrimanjaka et la plaine du Betsimitatatra, son cours est endigué

pratiquement jusqu’à Bevomanga sur une distance de 45 km. La pente moyenne est très faible,

de l’ordre de 25 cm/km, pouvant atteindre 13 cm/km en amont du confluent de l’Andromba.

Dans la plaine d’Antananarivo, l’Ikopa reçoit la Sisaony et l’Andromba grossie de la Katsaoka

en rive gauche et la Mamba en rive droite.

Le bassin versant supérieur de l’Ikopa au sein de Bevomanga s’étend sur une superficie de 4384

Km2 qui est limité au Nord-Est par le lac de Mantasoa, au Sud-Est par le lac de Tsiazompaniry,

au Sud-Ouest par le massif d’Ankaratra, et enfin au Nord-Ouest par la station de Bevomanga. Le



bassin comporte une vingtaine de sous bassin ou bassin élémentaire, mais ce qui nous intéresse

est celle de La zone centrale Nord et Sud-Est qui englobe les bassins versants les plus proche de

la plaine d’Antananarivo et qui ont une influence sur la ville et la grande plaine d’Antananarivo.

On peut la diviser comme suit : l’Ikopa en amont d’Antananarivo, l’Ikopa en aval, et enfin l’Ikopa

et ses affluents dominants directement Antananarivo.

1.1.4.2. La rivière Sisaony

La Sisaony est le premier affluent important de l’Ikopa qu’elle rejoint en aval de la station de

Mahitsy. Le bassin de la Sisaony draine la partie Nord de l’ensellement (abaissement de l’axe

d’un anticlinal) situé entre la falaise de l’Angavo et l’Ankaratra. Elle draine une grande partie

d’Antananarivo Renivohitra, Antananarivo Atsimondrano et Andramasina. La majeure partie du

bassin est donc englobée dans la région Analamanga ; elle est bordée au Sud par la région du

Vakinankaratra et à l’Ouest par celle de l’Itasy. Si on se déplace plus à l’Est, on trouve la région

d’Alaotra Mangoro. Ce bassin versant est de taille moyenne : environ 740 km2. La latitude

moyenne du bassin est de 19° Sud, et sa longitude est d’environ 47° Est.

1.1.4.3. La rivière Mamba

La rivière Mamba prend sa source au Nord-Est d’Antananarivo, elle traverse la partie Nord de la

plaine de Betsimitatatra, Sabotsy Namehana, Ivato et Andranotapahina. Elle rejoint l’Ikopa entre

le pont de Mahitsy et le confluent de la Sisaony. Elle draine un bassin versant d’une superficie

totale de 94Km² à l’entrée de la plaine d’Antananarivo (au pont de Sabotsy Namehana).



9

Carte 1: Les rivières traversant l'agglomération d'Antananarivo



1.2. MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE

1.2.1. Présentation et contexte général de la zone d’étude

Vu qu’on va mettre 3 barrages en amont de la plaine d’Antananarivo, l’étude concerne presque

tous les districts dans la région Analamanga ou plus précisément quatre districts dont le district

d’Antananarivo Renivohitra, Antananarivo Avaradrano, Antananarivo Atsimondrano et

Andramasina. Le tableau suivant nous montre les communes et ces superficies dans chaque

district.

Région District Superficie

[km2] Communes Nombre

Analamanga

Antananarivo

Renivohitra 107

6 Arrondissements :

Antananarivo Renivohitra

Ambanidia

Antaninandro

Ambatomainty

Andrefan’Ambohijanahary

Ambohimanarina

6

Antananarivo

Atsimondrano 379

Ampitatafika,

Androhibe,

Ambohidrapeto,

Itaosy,

Andranonahoatra,

Tanjombato,

Ankaraobato,

Andoharanofotsy,

Soalandy,

Antanetikely,

Fenoarivo,

Ambohijanaka,

Bongatsara, Tsiafahy,

Ambalavao,

Ambatofahavalo,

Bemasoandro

17

Antananarivo

Avaradrano 545

Alasora,

Ankadikely-Ilafy,

Ambohimangakely,

Masindray,

Ambohimanambola,

Sabotsy-Namehana,

Ambohimalaza-Miray,

12



Anjeva-Gara,

Fieferana,

Ambohimanga-Rova,

Talata-volonondry,

Ankadinandriana

Andramasina 1416

Andramasina,

Sabotsy- Ambohitromby,

Mandrosoa,

Alatsinainy- Bakaro,

Ambohimiadana,

Fitsinjovana-Bakaro,

Alarobia,

SabotsyManjakavahoak,

Anosibe-Tsimiloarano,

Andohariana,

Tankafatra

11

Tableau 1: Listes des communes par District dans la zone d’étude

(Source : monographie de la région Analamanga MAEP 2007)



Carte 2: Délimitation de la zone d'étude



1.2.2. Identification et choix du site du projet

Comme le projet a pour but de protéger la plaine et toute la zone inondable d’Antananarivo contre

l’inondation, le choix du site est un facteur très pertinent et ne peut pas être négligé. Pour cela il

faut que les barrages se trouvent en amont de la ville, c’est à dire dans le périphérique, de plus il

faut avoir une certaine forme de colline pour l’implantation des barrages qui joue un rôle très

importante sur le coût de l’ouvrage ; or la rétention de crue pour l’aval implique une surface

inondé en amont, donc il faut prévoir aussi de minimiser les impacts en amont du barrage.

1.2.2.1. Site du barrage pour l’Ikopa

D’où pour l’Ikopa, le site du barrage (Barrage B1) se trouve dans la limitrophe de la Commune

Rurale d’Ambohijanaka district d’Antananarivo Atsimondrano et la commune rurale de

Masindray, district d’Antananarivo Avaradrano, région Analamanga qui a pour coordonnées

géographiques : 19°00’22,54’’ de la latitude Sud et 47°35’21,16’’ de la longitude Est. Les figures

suivantes nous montrent cet emplacement.

Figure 3:Site du barrage B1 pour la rivière Ikopa (Photo Google Earth)



Figure 4:Colline pour la mise en place du barrage B1 sur l'Ikopa

1.2.2.2. Site du barrage pour la rivière Sisaony

Pour la rivière Sisaony, le site du barrage (B2) se situe juste en amont de la Commune Rurale

d’Andramasina, District d’Andramasina, Région Analamanga, au 19°11’45,49’’S et

47°35’09,28’’E. Les figures ci-dessous nous montrent l’emplacement et la forme de la colline à

cet endroit.

Figure 5: Site du barrage B2 pour la rivière Sisaony (Photo: Google Earth)



1.2.2.3. Site du barrage pour la rivière Mamba

Pour celle de la rivière Mamba, le site du barrage se trouve à Ankororosy, Commune Rurale

Sabotsy-Namehana, District d’Avaradrano, Région Analamanga, et a comme coordonnées

géographiques : 18°48’54,49’’S et 47°35’32,88’’E

Figure 7: Site du barrage B3 pour la rivière Mamba (Photo : Google Earth)

Figure 6: Colline pour la mise en place du barrage B2 sur la rivière Sisaony



Pour bien situer ces sites, on va utiliser la carte du BD 100 de FTM, et pour voir l’ensemble de

ces endroits.

Figure 8:Colline pour la mise en place du barrage B3 sur la rivière Mamba



Carte 3: site des trois barrages



1.2.3. Les zones d’études

Vu que notre zone d’étude concerne presque la région Analamanga, on va généraliser notre

monographie sur toute la région.

1.2.3.1. Milieu physique

a. Relief

Située dans les hautes terres centrales de Madagascar, la région Analamanga se caractérise par

un relief d’altitude pouvant-être départagé en quatre aspects :

- La partie septentrio-occidentale de la région dominée par le plateau de

Tampoketsa qui domine le Moyen Ouest Malagasy surplombé de reliefs rocheux dont les

altitudes se situent entre 1000 et 2000 mètres, On y rencontre très peu de vallée de grande

superficie et se limite en vallons couverts de forêts galléries;

- La partie septentrio-orientale avec de vastes et moyennes plaines ou des cuvettes

délimitées soient par des montagnes rocheuses, soient par des grandes collines attaqués

par le phénomène de lavaka amenuisant les surfaces potentiellement cultivables en aval

et produisant des phénomènes d’ensablement au niveau des vallons qui ont été creusés

par les cours d’eau.

- La partie méridionale de la région qui est jonchée de montagnes et de grandes

plaines surmontée de monticule et des vallées plus ou moins importantes le long des cours

d’eau (Ikopa, Sisaony, Mamba, …)

- La partie orientale de la région dominée par un relief très accidenté, d’altitude

1200 à 1900 mètres où les petits cours d’eau ont creusés d’innombrables vallons.

Plus précisément, notre zone d’étude est caractérisé par un relief très varié où il y a les plaines

inondables et des collines escarpés au centre, L’Est est formé par une succession de collines

coupées par une chaos de boule granitique, et cette cascade de dômes s’estompe au niveau de la

district d’Andramasina, on y trouve aussi des hautes plaines d’alluvions et des collines

monotones empâtées de latérite. En générale, du point de vue pédologique, la région est dominée

par des formations latéritiques lui rendant vulnérables au phénomène d’érosion hydrique

(lavaka). Du point de vue géologique, elle fait partie du socle cristallin, et dominée par des roches

métamorphiques et ignées.

Pour la Commune Urbaine d’Antananarivo, on constate la forte présence de zones à faible pente

(plaine de Betsimitatatra) qui sont pour l’heure principalement destinées à l’agriculture.

L’urbanisation grandissante et rapide de la ville d’Antananarivo pourrait conduire à

l’aménagement de cette plaine en zone d’habitation ou autres mais le caractère marécageuse de

cette dernière rend difficile l’opération et nécessite également la résolution du problème

d’évacuation et de drainage au niveau de la ville.



b. Pentes

Les terrains dans la région Analamanga sont caractérisés par deux grandes valeurs de pentes : les

terrains dont la pente est supérieure à 2% (pente faible) et les terrains dont la pente est supérieure

à 12% (pente forte).

Le contraste entre zone à pente faible et zone à pente forte se retrouve sur presque la totalité des

districts de la région.

Elle témoigne également de la forte potentialité agricole de la région si on ne se réfère qu’à la

variable pente notamment dans les districts d’Andramasina, d’Antananarivo Avaradrano et

d’Antananarivo Atsimondrano.

Au niveau de la commune urbaine d’Antananarivo, on constate la forte présence de zones à faible

pente (plaine de Betsimitatatra) mais le caractère marécageuse de cette dernière pour un

aménagement urbain rend coûteux l’opération. N’empêche que l’aménagement de Betsimitatatra

est inéluctable et qu’il faudra voir ou étudier sérieusement son drainage et l’évacuation d’eau à

Antananarivo.

Le tableau suivant nous montre la répartition des valeurs de pente par district.

Pentes Moins de 2% 2% à 4% 4% à 12% Plus de 12%

Districts Surface

[ha] %

Surface [ha]

% Surface

[ha] %

Surface [ha]

%

Antananarivo I 567 63% 114 13% 140 16% 81 9%

Antananarivo II 859 61% 0 0% 90 6% 470 33%

Antananarivo III 521 75% 35 5% 37 5% 99 14%

Antananarivo IV 1 016 80% 0 0% 116 9% 139 11%

Antananarivo V 1 599 71% 13 1% 230 10% 412 18%

Antananarivo VI 1 510 91% 0 0% 13 1% 144 9%

Antananarivo Atsimondrano

23 702 57% 593 1% 2 345 6% 14 702 36%

Antananarivo Avaradrano

30 409 51% 68 0% 1 741 3% 27 232 46%

Andramasina 69 587 50% 90 0% 3 751 3% 65 097 47%

Tableau 2:Répartition des valeurs de pente par District (Source: Atlas Analamanga 2014)

(Source: Atlas Analamanga 2014)



c. Géologie

La région Analamanga occupe la partie septentrionale du bloc structural d’Antananarivo, et une

partie de la bordure méridionale de la nappe de Tsaratanana avec celle d’Andriamena. Cet

ensemble est supposé d’être d’âge archéen qui a été affecté par différentes orogenèse successives.

Dans la région, la dominance des roches métamorphiques caractérise la pétrographie de la région

et aussi la formation sédimentaire d’origine lacustre.

On y observe plusieurs formations pétrographiques mais en générale, par sa situation au niveau

de l’axe central de Madagascar, le sous-sol de notre zones d’études est généralement constitué

de :

- volcanisme néogène à quaternaire à l’ouest,

- du néogène lacustre et granites au Nord Est,

- de la série Schisto-quartzo-calcaire au Sud,

- des massifs quartzique qui sont des roches sédimentaires ayant subi une

métamorphisations,

- des massifs granitiques généralement dispersés

- des hautes pénéplaines latéritiques ou hautes surfaces d’érosion non encrotées sur

roches acides qui résulte de l’érosion rencontrent des argiles latéritiques non

concrétionnés,

- des cuvettes et plaines alluviales le long des fleuves généralement aménagées en

rizière

d. Climat

Comme les quatre Districts se trouvent dans les hautes terres centrales, ils correspondent à un

régime climatique tropical d’altitude supérieure à 900 m essentiellement de type humide sous

influence Oriental. L’année se divise en deux saisons tel qu’une saison pluvieuse et

moyennement chaude qui commence à la mi-Octobre et se termine en mi-Mars, et une saison

fraiche et relativement sèche en Avril jusqu’au mois de Septembre, mais quand même, il est

possible que chaque Commune et District ait sa spécificité.

La température interannuelle moyenne varie de 24,5°C dans les zones septentrio-occidentales à

14°C dans les zones méridionales (Antananarivo Atsimondrano et Andramasina). La moyenne

est de 19°C avec un minimum de 14°C et un maximum de 24,5°C

Les précipitations interannuelles moyennes se situent entre 1000 mm et 2000 mm. La saison de

pluie commence par quelques orages isolés en mois d’Octobre avant de s’installer en Novembre.

Le pic se situe généralement au mois de Janvier (P = 1330 mm pour Antananarivo Renivohitra).

Le minimum de précipitation est perçu au mois de Juillet.

L’évapotranspiration Potentielle (ETP) est comprise entre 800 mm et 1200 mm avec 5 à 6 mois

secs. Par ailleurs l’indice global d’humidité est compris entre 20 et 100.



1.2.3.2. Occupation du sol

Suivant les données d’occupation du sol en 2000 (Source Atlas Analamanga), 83,79 % de la

surface régionale d’Analamanga est occupée par des savanes dont 76 % de savanes herbeuses ;

La forêt ne représente que 4,65 % qui sont principalement composées de forêts denses humides

de moyenne altitude. Les zones de cultures quant à elle représentent 7,07 % du territoire dont à

ces 7,07 %, 6,55 %sont des rizières. Les plans d’eau et les zones marécageuses représentent 1,02

% et les zones urbanisées à 0,64 %.

Les espaces non-cultivables sont constitués des couvertures forestières, les peuplements

d’élément ligneux (eucalyptus et pins), les savanes et pseudo- steppes avec éléments ligneux, les

plans d’eau et le formations marécageuses ainsi que les zones urbanisées. La grande partie des

espaces non-cultivables se trouvent dans la partie orientale de la région (Andramasina). Pour La

CUA les zones urbanisées gonflent les espaces non-cultivables. Le tableau suivant nous montre

la répartition des espaces non-cultivables par District.

DISTRICT Surface de District

[ha] Espaces non

cultivables [ha] % des espaces non

cultivables

Antananarivo I 901 664 73,70%

Antananarivo II 1 420 741 52,20%

Antananarivo III 691 444 64,20%

Antananarivo IV 1 271 496 39%

Antananarivo V 2 253 1 211 53,80%

Antananarivo VI 1 668 603 36,10%


41 342 3 084 7,50%


59 450 8 192 13,80%

Andramasina 138 529 44 641 32,20%

Tableau 3:Répartitions des espaces non-cultivables par District




Par contre, les espaces cultivables représentent 83,9 % du territoire régional si on se réfère à la

nature de l’occupation du sol, cependant, seul 1/10 de ces espaces est cultivé. Outre du district

de la CUA, seuls les districts d’Antananarivo Atsimondrano et d’Antananarivo Avaradrano ont

des pourcentages de plus de 25 % d’espaces cultivés par rapport aux espaces cultivables, le

tableau suivant nous montre ces rapports.

DISTRICT Surface de

District [ha]

Espaces cultivables

[ha] %

Espaces cultivés

% Rapport cultivés/cultivables

Antananarivo I 901 237 26,30% 237 26,30% 100%

Antananarivo II

1 420 679 47,80% 617 43,50% 90,80%

Antananarivo III

691 248 35,00% 248 35,00% 100%

Antananarivo IV

1 271 776 61% 776 61% 100%

Antananarivo V

2 253 1 042 46,20% 916 40,70% 88%

Antananarivo VI

1 668 1 065 63,90% 1 062 63,70% 99,70%


41 342 36 344 87,90% 15 614 37,80% 43%


59 450 51 257 86,20% 15 849 26,70% 30,90%

Andramasina 138 529 92 610 66,90% 9 040 6,50% 9,80%

Tableau 4:Répartition des espaces cultivés par District


1.2.3.3. Les zones humides

Les différents cours d’eau (fleuves et rivières) ainsi que les plans d’eau (lacs et marais)

constituent les principales zones humides de la région Analamanga, Par ailleurs, la région est

marquée par la présence de cuvettes et de plaines où s’abritent des zones inondées et inondables,

des marécages et des rizières. Le tableau suivant nous montre la superficie de ces zones humides.



PLANS D'EAU SURFACE en [ha]

Lacs 7 042,87

Marais 11 888,41

Rizières 108 185,5

Zones inondables 11 448,27

Autres 10 086,6

Tableau 5: Superficie des zones humides


1.2.3.4. Population

En 2013, la région Analamanga aurait comporté 3 846 486 habitants donnant une densité

régionale estimée à 222 hab. /Km2. La CUA est la plus peuplée avec une population estimée à

1 493 687 habitants pour une densité de 18 206 hab. /km2.

On notera une forte concentration de la population au niveau de l’agglomération d’Antananarivo

allant de 11 000 hab. /Km2 à plus de 36 000 hab. /Km2. Les districts périphériques

d’Antananarivo connaissent un fort accroissement annuel moyen de la population (5,68 % pour

Antananarivo Atsimondrano et 4,66 % pour Antananarivo Avaradrano). Le tableau suivant nous

montre le nombre de population de chaque district en 2013 et sa densité.

DISTRICT POPULATION (2013) DENSITE (hab. /Km2)

Antananarivo I 327 860 36 388,46

Antananarivo II 187 752 13 221,97

Antananarivo III 156 877 22 702,89

Antananarivo IV 250 137 19 680,33

Antananarivo V 381 714 16 950

Antananarivo VI 189 346 11 346,49

Antananarivo Atsimondrano 693 083 1 676,46

Antananarivo Avaradrano 406 824 684,32

Andramasina 225 330 162,66

Tableau 6: Nombre de population par district et densité


Etude Hydrologique


PARTIE 2 : ETUDE HYDROLOGIQUE

Etude Hydrologique


2.1. LE BASSIN VERSANT

2.1.1. Définition

Le bassin versant en une section d’un cours d’eau est défini comme la surface drainée par ce

cours d’eau et ses affluents en amont de la section. Tout écoulement prenant naissance à

l’intérieure de cette surface doit traverser la section considérée appelée exutoire pour poursuivre

son trajet vers l’aval.

Selon la nature des terrains, nous serons amenés à considérer le bassin versant topographique et

hydrogéologique.

2.1.1.1. Bassin versant topographique

Si le sous-sol est imperméable, le cheminement de l’eau ne sera déterminé que par la topographie,

le BV sera alors limité par des lignes de crêtes et des lignes de plus grande pente.

2.1.1.2. Bassin versant hydrogéologique

Dans le cas d’une région au sous-sol perméable, il se peut qu’une partie des eaux tombées à

l’intérieur du bassin topographique s’infiltre puis sorte souterrainement du bassin ou qu’à

l’inverse des eaux entrent souterrainement dans le bassin. Dans ce cas, nous serons amenés à

ajouter aux considérations topographiques des considérations d’ordre géologique pour

déterminer les limites du bassin versant.

Figure 9: Profils des bassins versants

Etude Hydrologique


2.1.2. Délimitation du bassin versant

Chaque bassin versant est séparé de ceux qui l’environnent par une ligne de partage des eaux.

Cette limite sera tracée sur une carte en courbes de niveau en suivant les lignes de crête bordant

le bassin et ne traversera le cours d’eau qu’au droit de la station considérée.

Pour notre étude on va délimiter le bassin à l’aide du logiciel MapInfo, en considérant le bassin

comme BV hydrologique, et les cartes suivantes nous montrent les trois bassins versant délimité

pour nos trois fleuves dont l’exutoire se trouve sur le site du barrage.

Etude Hydrologique


Carte 4: Bassin Versant de L'Ikopa

Etude Hydrologique


Carte 5:Bassin Versant de la Sisaony

Etude Hydrologique


Carte 6: Bassin Versant Mamba

Etude Hydrologique


Carte 7: Ensemble des trois Bassins Versant

Etude Hydrologique


2.1.3. Caractéristiques du bassin versant

2.1.3.1. La surface du bassin versant

C’est l’élément la plus importante du fait qu’elle influe beaucoup sur les ressources en eau. On

obtient la surface du BV par planimétrage sur un fond de plan ou sur une carte topographique

d’échelle convenable. Pour notre cas, elle est déterminée par le logiciel MapInfo et on obtient

directement le périmètre.

2.1.3.2. La forme du bassin versant

La forme du BV joue un rôle très important pour le régime hydrologique des cours d’eau, et

l’indice généralement admis pour représenter cette forme est le coefficient de compacité de

GRAVELIUS (K) qui se définit comme le rapport du périmètre du bassin versant au périmètre

du cercle de surface équivalent.

Soit :

𝐾 = 0,28 𝑃

√𝑆

Avec :

- K : Coefficient de GRAVELIUS

- P : Périmètre du BV

- S : Surface du BV

Pour K ˃˃1, le BV est de la forme allongée

Pour K proche de 1, le BV est de la forme ramassée

2.1.3.3. Le plus long cheminement hydraulique

C’est la distance parcourue par une goutte d’eau se trouvant au point le plus éloigné de l’exutoire

Etude Hydrologique


2.1.3.4. Les altitudes caractéristiques

C’est la cote la plus élevée (Zmax) et la plus basse (Zmin) du BV. Ces facteurs seront tirés d’une

levée de points par GPS sur les lieux suivis d’un recoupement par l’utilisation de logiciels de

cartographie tels que Google Earth et MapInfo.

2.1.3.5. La pente du BV

La pente reflète le relief du bassin et est déterminé par la formule :

𝐼 =𝐷

𝐿

Avec :

- I : Pente moyenne du BV

- D : La dénivelée moyenne du BV

- L : le plus long cheminement hydraulique

D est déterminé à partir des altitudes minimales et maximales du BV tel que :

D = 0,95(Zmax ˗ Zmin)

Dans laquelle :

- Zmax l’altitude maximale du BV [m]

- Zmin l’altitude minimale [m] qui est à l’exutoire.

D’où, on a :

𝐼 = 0,95(𝑍max ˗ 𝑍min)

𝐿

Ici on trouve Zmax à l’aide du logiciel Vertical Mapper et Zmin par un levé GPS et ajusté aussi

par Vertical Mapper

Etude Hydrologique


2.1.3.6. Le temps de concentration

C’est le temps mis par une goutte d’eau tombée au point le plus loin du bassin versant jusqu’à

l’exutoire.

Il est calculé à l’aide des différentes formules comme:

a. PASSINI

𝑡𝑐 = 0,108√𝑆𝐿3

√𝐼

b. VENTURA

𝑡𝑐 = 0,1272√𝑆

𝐼

c. CALIFORNIENNE

𝑡𝑐 = 0,0663 [𝐿

√𝐼]

0,77

Dans lesquelles :

- tc : temps de concentration [h]

- S : Superficie du BV [Km2]

- L : Longueur du plus long cheminement hydraulique [Km]

- I : Pente du BV [m/m]

On a alors le tableau suivant

TEMPS DE CONCENTRATION [h]

BV PASSINI VENTURA CALIFORNIENNE MOYENNE

BV 1 56,91 48,37 13,67 39,65

BV 2 35,40 28,83 10,12 24,79

BV 3 7,37 6,35 2,78 5,50

Tableau 7: Les temps de concentration

Etude Hydrologique


Pour cette étude, on aura trois bassins versants dont les caractéristiques sont ramenées dans le

tableau suivant :

Tableau 8: Caractéristiques du BV

2.2ETUDE DES CRUES

2.2.1. Définition

La crue c’est l’augmentation brusque du débit de la rivière suite à une averse ou à une

pluviométrie de longue durée, d’où le débit dépasse un certain multiple du débit moyen annuel.

2.2.2. Méthode utilisée pour l’estimation des débits de crues

Pour cela, il faut avoir des données comme les débits maximaux moyens de l’année (une seule

valeur par an) à une série de 15 ans minimum, ou des données sur la pluviométrie maximale

journalière (une seule valeur par an aussi) au minimum 15 ans.

Le traitement de données se fait par plusieurs méthodes mais pour notre cas on va utiliser

l’ajustement statistique selon la loi de GUMBEL.

2.2.2.1. Traitement de la pluviométrie maximale journalière

Les données sur la pluviométrie maximale journalière se trouvent en annexe1.

Selon la loi d’ajustement statistique de GUMBEL, on a:

�̅� =∑ 𝑃

𝑁

CARACTERISTIQUES DU BV

Bassin Versant

Surface [km2]

Périmètre [km]

Altitude Zmax [m]

Altitude Zmin [m]

L [km] Pente I [m/km]

BV 1 1 382,25 236,65 2 257 1 261 98,95 9,56

BV 2 314,40 110,01 1 752 1 373 55,30 6,51

BV 3 38,54 29,96 1 540 1 282 15,85 15,46

Etude Hydrologique


𝜎 = √∑(𝑃 − �̅�)2

𝑁 − 1

aG = 0.780 σ

PO = �̅� – 0.45 σ

Avec :

�̅� : Moyenne des pluviométries maximales journalières suivant la loi de GUMBEL

σ : Ecart-type

aG : Gradex

Po: Variable de position suivant la loi de GUMBEL

2.2.2.2. Calcul des pluies de diverses fréquences

Elles se calculent par l’intermédiaire de la variable u tirée de la loi de répartition.

Le tableau suivant nous montre les variables réduites de GUMBEL

VARIABLES REDUITES DE GUMBEL

T (ans) F= 1/(1-1/T) u

5 0,8 1,5

10 0,9 2,25

20 0,95 2,97

25 0,96 3,199

50 0,98 3,902

100 0,99 4,6

Tableau 9: Les variables réduites de Gumbel

Etude Hydrologique


Pour mesurer les différentes pluviométries de diverses fréquences, on utilise la formule de

Gumbel :

PF = �̅� – 0.45σ + 0.78σ uF

Avec :

PF : Pluviométrie de diverses fréquences

UF : Variable aléatoire de GUMBEL

T : Période de retour

F : fréquence en année humide

Les résultats sont donnés par le tableau ci-après.

GUMBEL

T [ans] F 𝑷 ̅[mm] σ Po aG uF PF[mm]

10 0,9

83,46 27,25 71,19 21,29

2,25 119,10

25 0,96 3,20 139,28

50 0,98 3,91 154,26

100 0,99 4,60 169,12

Tableau 10: Calcul de pluviométrie par Gumbel

2.2.3. Calculs des débits de diverses fréquences

On dispose plusieurs méthodes pour le calcul des débits de crue de diverses fréquences, et selon

les données disponibles.

Pour ce projet, l’étude va se baser sur le débit de crue décennale, et pour cela, on va utiliser la

méthode de LOUIS DURET, la méthode ORSTOM et la méthode des stations de référence.

Etude Hydrologique


2.2.3.1. Méthode de LOUIS DURET

D’après Louis DURET :

𝑄(𝑃) = 0.025𝑆0.80𝐼0.32𝐻(24, 𝑃) (1 −36

𝐻(24, 𝑃))

2

Q(P) : Le débit en fonction de la pluie de période de retour P en [m3/s]

H(24,P) : Hauteur de pluie de période de retour P et de durée 24 heures en [mm]

S : Surface du bassin versant en [km2]

I : Pente moyenne du bassin versant en [m/km]

Pour faciliter le calcul, SOMEAH a transformé et généralise la formule de Louis DURET comme

suit :

- Pour les bassins versant qui ont une superficie inférieure à 150 km2

𝑄(𝐹) = 0.009 𝑆0.5 𝐼0.32 𝑃𝐹1.39

- Pour les bassins versant qui ont une superficie supérieure à 150 km2

𝑄(𝐹) = 0.002 𝑆0.8 𝐼0.32 𝑃𝐹1.39

Avec :

Q(F) : Débit de crue de fréquence F en [m 3 /s]

S : Surface du bassin versant en [km2]

I : Pente du bassin versant en [m/km]

PF : Pluie maximale de 24h tombée en un point du bassin versant pour la même fréquence Fen

[mm]

Le tableau suivant nous rapporte les résultats calculés par la méthode de Louis Duret.

Etude Hydrologique


LOUIS DURET

BV S [Km2] I [m/Km] Q10 Q25 Q50 Q100

BV1 1382,25 9,56 1 041 1 290 1 485 1 689

BV2 314,40 6,51 281 349 402 457

BV3 38,54 15,46 104 129 149 170

Tableau 11: Calcul des débits de crue par Louis Duret

2.2.3.2. Méthode ORSTOM

La méthode ORSTOM n’est valable que pour calculer le débit de crue de fréquence décennale et

pour les bassins qui ont une superficie supérieure à 10 km2.

𝑄10 = 4,34 𝑆0,72 𝐼0,26 𝑃100,03 𝐸2,31 𝐺1,25 𝑉−0,27

Avec :

Q10 : Débit de crue de fréquence décennale en [m3/s]

S : Superficie du bassin versant en [km2]

I : Pente du bassin versant en [m/km]

P10 : pluie maximale de 24h tombée en un point du bassin versant pour la même fréquence

décennale en [mm]

E : Indice d’éxondité

G : Coefficient d’imperméabilité

V : Indice de couverture

Grace aux travaux effectués par l’ORSTOM, les trois paramètres E, G et V sont déjà publiés dans

l’ouvrage « fleuves et rivières de Madagascar » mais pour notre étude, seule l’Ikopa et la Sisaony

qu’on y trouve et donné par le tableau suivant ;

Etude Hydrologique


ORSTOM

BV E G V

Sisaony à Andramasina 0,8 1 0,5

Ikopa à Mahitsy kely 0,5 1 0,5

Tableau 12: Les paramètres E, G et V par ORSTOM

(Source : fleuve et rivière de Madagascar)

Donc, après calcul, le débit de crue de fréquence décennale d’après la méthode ORSTOM pour

le site d’Ikopa à Ambohimanambola et de Sisaony à Andramasina est donné par le tableau suivant

ORSTOM

BV E G V Q10 [m3/s]

BV1 0,5 1 0,5 399,88

BV2 0,8 1 0,5 270,99

Tableau 13 : Calcul de Q10 par la méthode ORSTOM

2.2.3.3. Méthode des Stations de Référence

La méthode des stations de référence consiste à identifier la station hydrométrique la plus proche

de la zone d’étude ayant une longue série d’observations pour effectuer une étude statistique.

Connaissant la superficie du bassin versant dominant la station hydrométrique étudiée, on

déterminera pour les différentes fréquences les débits spécifiques de crue qcR associés à la station,

et on multiplie ces débits spécifiques de crue par les superficies des bassins versants dominants

les ouvrages étudiés pour avoir les débits de crue de différentes fréquence.

𝑄𝐶 = 𝑞𝑐𝑅 𝑆

QC(T) : Débit de crue de période de retour T en [m3/s]

qcR(T) : Débits spécifique de crue de période de retour T en [l/s/km2]

S : Surface du Bassin versant en [km2]

Etude Hydrologique


On peut voir le débit spécifique de crue qcR(T) dans le manuel « Fleuve et rivière de Madagascar »

mais pour notre cas on n’en trouve que celui de la rivière Sisaony à Andramasina qui est :

qcR(10)= 714 [l/s/km2] (Source : Fleuve et rivière de Madagascar page : 851)

D’où le résultat du calcul du débit décennal par cette méthode est rapporté par le tableau suivant :

STATION DE REFERENCE

BV s q Q10

BV2 314,40 714 224,48

Tableau 14: Calcul de Q10 par la méthode des stations de référence

2.2.3.4. Etude fait par SOMEAH

Pour plus de précision sur le calcul du débit de crue, on va se référencié par l’étude déjà

effectué par le bureau d’étude SOMEAH. Les tableaux ci-dessus nous montrent ces résultats.

SOMEAH

Point de calcul Crue / période de retour Q10 Q20 Q50 Q100

Ambohimanambola Débit (m3/s) 415 680 970 1245

Tableau 15: calcul des débits de crue par SOMEAH

(Source : Etude du val d’inondation rive gauche de l’Ikopa, SOMEAH, 2000)

SOMEAH

Point de calcul Crue / Période de retour Q10 Q20 Q50 Q100

Sabotsy Namehana Débit (m3/s) 104 132 167 194

Tableau 16: Calcul des débits de crue de Mamba par SOMEAH

(Source : SOMEAH, 2010)

Etude Hydrologique


Comme le projet a pour but de protéger la plaine d’Antananarivo et ces agglomérations des crues

de période de retour 10 ans, tous les calculs à suivre dépendent donc du débit Q10. Le tableau

suivant nous résume ces débits.

Q10 [m3/s]

BV Louis DURET ORSTOM Station de référence

SOMEAH Moyenne

BV1 1 040,73 399,88 415 618,54

BV2 281,48 270,99 224,48 258,98

BV3 104,19 104 104,09

Tableau 17:Les Valeurs De Q10

MNT et Réservoirs


PARTIE 3 : MNT ET RESERVOIRS

MNT et Réservoirs


3.1. LE MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN

3.1.1. Définition

Un modèle numérique de terrain appelé singulièrement MNT correspond à une représentation

sous forme numérique du relief d’une zone géographique. C’est donc une carte indiquant la forme

brute du terrain, sans construction ni végétation.

Ce modèle peut être composé d’entités vectorielles ponctuelles (points côtés), linéaires (courbes

de niveau), surfaciques (facettes) ou représenté en mode raster (cellules)

3.1.2. Utilisation d’un MNT

Un MNT permet :

De calculer des surfaces ou des volumes

De reconstituer une vue en images de synthèse du terrain

De déterminer une trajectoire de survol du terrain

De tracer des profils topographiques

En générale, de manipuler de façon quantitative le terrain étudié.

3.1.3. Mode de construction d’un MNT

La construction peut se faire par plusieurs manières :

Par numérisation des courbes de niveau d’une carte,

Par saisie directe des coordonnées (x,y,z) des points du terrain, mesurées

par triangulation (géomètres) ou levés GPS ou lasergrammétrie (technique

permettant de capturer les coordonnées d’un point en X, Y, Z au moyen d’un laser)

Par stéréoscopie à partir de couples d’images aériennes (photogrammétrie)

ou prises par satellite

Par interférométrie radar,

Par système laser aéroporté (LIDAR)

3.1.3.1. Méthodologie de construction du MNT pour notre étude

Pour notre cas, nous faisons référence à la télédétection du fait qu’on n’a pas des données de

mesures directes effectués sur terrain pendant cette phase de conception, donc on va se permettre

d’utiliser les images satellitaires et ces données. On utilisera donc les images et les données

provenant de «Google Earth » issues du satellite d’observation climatique du centre NOAA

(National Oceanic and Atmosphérique Administration) à l’aide du logiciel Google Earth Pro.

En ce qui concerne cette méthode, nous pouvons dire qu’elles ont l’avantage que les données

obtenues sont plus précises que celui d’un GPS mais moins précises que les levés topographiques.

MNT et Réservoirs


Mais pour cela, on va apporter quelques corrections à ces erreurs à partir des observations et

levés effectuées sur terrain.

3.1.3.2. Démarche à suivre

a. Acquisition des données

Il faut connecter l’ordinateur à internet et installer le logiciel Google Earth Pro.

Après l’installation on localise le site en y introduisant les coordonnées géographiques

(projection Long /Lat WGS 84 en degrés-minutes-secondes ou en Degrés décimales).

Une fois localisée, on peut avoir tous les données X, Y, Z des points qu’on voulait avoir sur la

zone d’étude.

b. Vectorisation de la zone d’étude

En quadrillant toute la zone d’études par plusieurs points, on peut construire un nuage de point

liés aux coordonnées planimétriques et altimétrique relative de la zone d’étude, et pour cela, on

constitue un fond de plan raster en lecture seule de la zone d’étude qu’on va caler sur le logiciel

MapInfo ou ArcGis et on a accompli la modélisation planimétrique spatiale de la zone d’étude.

c. Intégration des données altimétriques relatives de Google

Earth vers le vecteur précédemment créé.

Cette étape s’effectue manuellement, dont il faut pointer le curseur au droit de chaque point voulu

sur Google Earth et lire la côte inscrite correspondante au bas de la fenêtre, puis écrire cette

information dans le champ réservé dans la table précédemment créée.

d. Rastérisation de la topologie

Dès que les informations X, Y, Z sont complètes, on peut générer une grille selon la troisième

dimension qui est l’élévation relative avec le logiciel Vertical Mapper en utilisant l’outille « TIN

Interpolation ». Par suite, on obtient un MNT en format Raster semblable au SRTM 90 (Shuttle

Radar Topography Mission) mais plus précis et de résolution spatiale plus élevé.

e. Contouring

Cette méthode transforme le MNT obtenue sous forme de courbe de niveau qui traduit la zone à

une même tranche d’altitudes relatives (équidistance inférieure à 5m) à l’aide de l’outil de

contour de Vertical Mapper.

Cela nous servira à déterminer le volume du bassin de retenue et le calage de la cote du barrage

à implanter, et la surface inondé en amont.

3.1.4. MNT de nos trois zones d’études

3.1.4.1. Acquisition des données

Pour pouvoir créer le MNT en amont du site du barrage pour la rivière Ikopa, on a du placer 1500

points sur Google Earth pour cadrer la zone d’étude sur une superficie de 67 Km2 ; 950 points

MNT et Réservoirs


Pour celle de Sisaony à Andramasina pour une superficie de 34Km2 et 500 points pour Mamba à

Ankororosy. Les figures ci-dessous illustrent les nuages de points.

Figure 10: les points cotés pour l'Ikopa sur Google Earth Pro

Figure 11: Les points cotés pour la Sisaony sur Google Earth Pro

MNT et Réservoirs


Figure 12: les points cotés pour la Mamba sur Google Earth Pro

3.1.4.2. Résultats obtenus

Après avoir intégré tous les données XYZ de chaque point dans une table, en utilisant le logiciel

Vertical Mapper et ArcGis, on a les MNT de nos trois zones d’études.

La première représentation qui va suivre représente les altitudes relatives HAE de chaque point

de la zone d’étude. Ces cartes serviront de modèle de base de raisonnement pour le calage des

trois barrages qu’on va implanter.

La deuxième représentation nous montre le MNT avec les courbes de niveaux inférieure à 5m

pour savoir les différentes cotes du barrage et pour savoir le différent volume de retenu

MNT et Réservoirs


Carte 8: MNT de l'Ikopa Sous Vertical Mapper

MNT et Réservoirs


Carte 9: Courbe de niveau sur le MNT de l'Ikop

MNT et Réservoirs


Carte 10: MNT de la Sisaony sous Vertical Mapper

MNT et Réservoirs


Carte 11: Courbe de niveau sur le MNT de la Sisaony

MNT et Réservoirs


Carte 12: MNT Mamba sous Vertical Mapper

MNT et Réservoirs


Carte 13: Courbe de niveau sur MNT Mamba

MNT et Réservoirs


3.2. RESERVOIRS ET IMPLANTATION DU BARRAGE

3.2.1. Réservoirs

Comme le projet est de mettre en place des barrages ecrêteurs de crue, il est évident que c’est en

amont du barrage qu’il va y avoir un grand réservoir pendant la période des crues.

Le volume du réservoir dépend de la hauteur du barrage à implanter, c’est-à-dire que le calage

du barrage est très important sur le plan sociale (surface inondé en amont) et économique (coût

du barrage, dégâts subis en amont par l’inondation). Or, la hauteur de chaque barrage dépend des

crues de différentes période de retour qu’on veut écrêter, donc l’étude des crues sur différents

période de retour est très importante. Pour expliciter cela, on va détailler ci-dessous tous ces

variables.

3.2.1.1. Volume à stocker pour différents crues de période de retour donnée

Vu que le barrage est à vocation d’atténuer l’inondation en aval, il ne fait que laminer les crues,

c’est-à-dire qu’il est équipé de pertuis pour assurer chaque année l’évacuation des débits

inférieure ou égale à ce que la rivière ou la digue en aval peut contenir. Donc il y a toujours un

débit sortant.

Pour le calcul de volume à retenir, le temps de concentration dans chaque bassin est nécessaire,

et aussi le débit normal que les trois rivières (Ikopa, Sisaony et Mamba) peuvent contenir, or la

plaine d’Antananarivo est le point de convergence de cinq rivières (Ikopa, Sisaony, Mamba,

Katsaoka et Andromba) se réunissant en un seul cours d’eau (Ikopa) à Bevomanga, et ces rivières

provoquent un remous hydraulique quand le débit dépasse 600 [m3/s] au niveau du seuil , d’où

le débit arrivant à Bevomanga doit être inférieure à 600 [m3/s] .

Le tableau suivant nous montre le débit que les trois rivières (Ikopa, Sisaony et Mamba) peuvent

supporter en cas des crues, c’est-à-dire le débit maximal que le pertuis du barrage pourrait

évacuer.

MNT et Réservoirs


Débit [m3/s]

Ikopa Sisaony mamba

150 100 50

Tableau 18: Débits maximal des pertuis

Vu qu’on ne va pas mettre des barrages sur l’Andromba et le Katsaoka, on estime que leurs débits

ne dépassent pas de 350 [m3/h] en période de crue Pour atteindre l’ensemble de 600 [m3/h] au

niveau du seuil de Bevomanga.

Donc, pour trouver le volume à retenir, on multiplie la différence du débit entrant et sortant avec

le temps de concentration.

V = (Qentré - Qsortie) Tc

Le tableau suivant nous montre la quantité d’eau qu’on devrait stocker à chaque période de retour

donnée.

MNT et Réservoirs


Tableau 19: Volume d'eau à retenir

Crue par période de retour

Qentré [m3/s] Qsortie [m3/s] Temps de concentration [h] Volume à retenir [m3]

B1 B2 B3 B1 B2 B3 BV1 BV2 BV3 BV1 BV2 BV3

Q10 415 281 104

150 100 50 56,91 35,4 7,37

54292140 23066640 1432728

Q25 680 349 132 108584280 31732560 2175624

Q50 970 402 167 167998320 38486880 3104244

Q100 1245 457 194 224339220 45496080 3820608

MNT et Réservoirs


3.2.2. Hauteur des barrages et surface inondé en amont pour chaque

crue de période de retour donnée

Pour trouver la hauteur et la surface inondé en amont du barrage, on utilise le MNT fabriqué ci-

dessus en traitant avec le logiciel ArcGis.

L’ArcGis contient un outil nommé « Outils 3D Analyst » Qui sert à déterminer la surface et le

volume de réservoir en amont d’un exutoire donné, et cela avec un MNT bien définis. Pour notre

cas on va l’utiliser pour déterminer la hauteur du barrage en fonction des volumes d’eau qu’on

veut retenir et de trouver la surface inondé par rapport à ce volume de retenue.

Principe

Le principe est simple, en cliquant sur l'outil « 3D Analyst » et puis surface fonctionnelle, une

boite de dialogue apparait et on introduit tous les paramètres utiles (figure 13). On tâtonne la

hauteur du plan (hauteur du barrage) jusqu’à ce qu’on trouve le volume qu’on veut stocker. Les

résultats sont donnés par un fichier texte (.txt) qu’on trouve la hauteur du plan (altitude du

barrage), la référence, la surface 2D et la surface 3D (Surface inondé) Le tableau ci-dessous nous

montre les résultats après divers tâtonnement.

L’outil nous donne l’altitude du plan et il faut trouver la différence entre cette altitude et

l’altitude la plus basse sur le site du barrage pour trouver la hauteur exacte du barrage.

Figure 13: Outils de calcul de volume et surface sur ArcGis

MNT et Réservoirs


Crue par période de retour Volume à retenir [m3] Hauteur du barrage [m] Surface inondé en amont [m2]

BV1 BV2 BV3 B1 B2 B3 BV1 BV2 BV3

Q10 54292140 23066640 1432728 15 10 10 8853254,44 4386661,38 548529,10

Q25 108584280 31732560 2175624 19 11 11 12100646,2 4759912,67 681495,23

Q50 167998320 38486880 3104244 24 12 12 15353070,8 5130399,32 784326,10

Q100 224339220 45496080 3820608 27 14 13 17427658,7 5920823,84 880513,34

Tableau 20:Résultats des volumes et surfaces sur différents crues

Surface inondé en amont [Km2] Surface inondé en amont [ha]

BV1 BV2 BV3 BV1 BV2 BV3

8,85325444 4,38666138 0,5485291 885,325444 438,666138 54,85291

12,1006462 4,75991267 0,68149523 1210,06462 475,991267 68,1495234

15,3530708 5,13039932 0,7843261 1535,30708 513,039932 78,4326101

17,4276587 5,92082384 0,88051334 1742,76587 592,082384 88,0513339

Tableau 21:Surfaces inondés

(source traitement sous ArcGis)

A l’aide du logiciel ArcScene, on peut voir la modélisation en 3D des surfaces et volume inondé sur une hauteur de barrage donnée, les figures

suivantes nous montrent ces vue 3D.

MNT et Réservoirs


Figure 14: Vue 3D sur la MNT de l'Ikopa pour un plan d'eau de 15m

MNT et Réservoirs


Figure 15: Vue 3D sur la MNT de la Sisaony pour un plan d'eau de 10m

MNT et Réservoirs


Figure 16: Vue 3D sur la MNT de la Mamba pour un plan d'eau de 10m

Etude des Barrages


PARTIE 4 : ETUDE DES BARRAGES

Etude des Barrages


4.1. GENERALITES SUR LES BARRAGES

4.1.1. Définition

Un barrage est un ouvrage hydraulique qui a pour objet de relever le plan d’eau en amont,

d’accumuler ou de dériver l’eau d’une rivière, pour servir à des usages multiples comme

l’aménagement hydroélectrique, l’aménagement hydroagricole, et pour notre cas pour la

prévention des inondations en aval.

4.1.2. Classification des barrages

Les barrages sont définis par ces caractéristiques physiques (hauteur, volume de la retenue

derrière le barrage), par sa forme ou les matériaux qui le constituent, par son utilisation principale.

L'ensemble de ces critères donnent des clés d'entrées multiples pour classer les ouvrages.

Les barrages forment avec le terrain sur lequel ils sont construits un ensemble indissociable. À

chaque site, on peut y avoir de différente type, un dimensionnement adapté tant sur le plan

technique qu'économique. C'est pourquoi il n'existe pas de barrage type standard. De plus,

certains sont formés par la juxtaposition de plusieurs structures différentes justifiées par des

caractéristiques de sol de fondation particulières et aussi par des choix économiques.

En se contentant de définir quelques grandes catégories, on peut commencer par classer les

barrages en fonction des matériaux qui les constituent dont les barrages construits en matériaux

durs ou ouvrages rigides et les barrages en matériaux meubles ou ouvrages souples.

4.1.2.1. Les barrages construits en matériaux durs (ouvrages rigides)

Pour les barrages à ouvrages rigides, on y trouve les barrages poids, les barrages voûtes, les

barrages à contreforts et les barrages mobiles

a. Les barrages poids

Ce sont des massifs en béton ou en maçonnerie de moellons. Le poids propre de la section

transversale triangulaire qu’ils possèdent leur permet de résister à la poussée de l’eau.

Etude des Barrages


Figure 17: Coupe type d'un barrage poids

b. Les barrages voûtes

Ils sont constitués de voûte à parois très mince, à simple ou double courbure. Ils profitent de leur

forme arquée pour reporter les poussées des eaux vers les rochers de rive.

Figure 18: Coupe type d'un Barrage voûte

c. Les barrages à contreforts :

Ils sont constitués d'une série de murs (contreforts) construits dans la vallée parallèlement à l'axe

de la rivière, l'espace entre les contreforts étant bouché par une dalle en béton (sous forme d’une

voûte). On choisit ce type de barrage dans le cas des larges vallées.

Drain

Largeur en crête

Drain

Etude des Barrages


Figure 19: Barrage à contrefort (vue de dessus)

Les barrages mobiles à poutrelles ou à aiguilles, destinés pour les petits ouvrages, sont des

barrages- poids construits dans les parties aval des rivières où les formes aplaties des lits majeurs

et l'importance des crues imposent la présence de vannes de très grandes dimensions et des

dispositions spécifiques pour lutter contre les affouillements.

4.1.2.2. Les barrages en matériaux meubles (ouvrages souples)

Ce sont les barrages en terre qui sont pratiquement les seuls qui puissent s’accommoder à une

fondation meuble. En effet, ils présentent l’avantage de pouvoir reposer sur des fondations de

médiocre qualité, c’est-à-dire compressibles.

Tous les barrages en terre peuvent être considérés comme des barrages poids, c’est-à dire qu’ils

résistent à la pression de l’eau par leur propre poids. C’est ce qui explique leur section de forme

trapézoïdale.

On distingue 3 principaux types de barrages en matériaux meubles:

a. Barrage Homogène

Les barrages en terre sont dits homogènes lorsqu’ils sont constitués d’un même matériau reparti

uniformément à travers toute la section du barrage à dominante argileuse, relativement

imperméable. Selon les ouvrages, la pente des talus sera plus ou moins forte, en fonction

notamment des caractéristiques du matériau employé. Mais en général, le talus amont à fruit de

3/1 est protégé contre le batillage par un enrochement ou pierrée qui repose sur un filtre tandis

que celui de l’aval à fruit de 2,5/1 en gazon ou en empierrement. On pose sous ce talus aval un

tapis drainant protégé par un filtre afin d’augmenter la stabilité du talus en rabattant les lignes de

courant vers le cœur du barrage. Le principe du barrage est qu’il oppose sa masse à la poussée

de l’eau.

Etude des Barrages


Figure 20: Coupe d'un Barrage en terre homogène

b. Barrage en enrochements

Les barrages en enrochement ou à masque amont étanche : le barrage, souvent en enrochement,

est étanché à l'amont, et bien souvent aussi en aval, par un masque étanche réalisé en béton armé

ou en béton bitumineux.

Figure 21:Coupe d'un barrage à masque amont étanche

c. Barrage zoné ou à noyau

Les barrages à noyau ou zonés ont un noyau central étanche réalisé en terre argileuse et encadré

par des remblais plus perméables en enrochements, ils sont formés essentiellement par un noyau

en terre imperméable, compris entre deux zones perméables qui assurent la stabilité de

l’ensemble. Dans un barrage à noyau, les fonctions de résistance et d’étanchéité sont en quelque

sorte séparées. La résistance est assurée par les recharges placées sur les flancs de l’ouvrage, et

l’imperméabilité par le noyau central.

Etude des Barrages


Figure 22: Coupe d'un barrage à noyau central

4.1.3. Le barrage écrêteur de crue

Comme son nom l’indique, notre barrage a une vocation d’écrêtement de crue. Il est donc

toujours vide sauf pendant les crues que l’on souhaite voir diminuées. On verra cependant en fin

de paragraphe le cas pour le ralentissement dynamique d’un ouvrage à vocation multiple.

4.1.3.1. Principe de fonctionnement

Les barrages écrêteurs de crue sont implantés en travers du thalweg et ont pour objet de stocker

temporairement un certain volume dans le lit du cours d’eau, de façon à diminuer le débit de

pointe de la crue en aval.

Le principe général de fonctionnement, dans le cas d’un barrage écrêteur sans vannes, est le

suivant :

Un pertuis de fond correctement dimensionné et protégé de l’obstruction par les flottants,

permet de limiter le débit en aval, à une valeur compatible avec les enjeux à protéger contre

l’inondation ; l’ouvrage est donc transparent pour les débits courants et pour les crues fréquentes ;

Lorsque la capacité du pertuis est saturée, la retenue se remplit progressivement, ce qui

permet de stocker temporairement une partie du volume de la crue ; le débit en aval augmente

peu en fonction de la montée du niveau dans le réservoir (écoulement en charge) ; en fin de crue,

le volume temporairement stocké dans la retenue se vide naturellement par le pertuis ; l’ouvrage

écrête fortement les crues moyennes à rares ;

En cas de très forte crue, lorsque la retenue est pleine, le déversoir de sécurité entre en

fonction pour évacuer la différence entre le débit entrant dans la retenue et le débit transitant dans

le pertuis (avec un effet complémentaire de laminage dans la tranche supérieure de la retenue).

L’ouvrage perd de son efficacité pour les crues rares à exceptionnelles, mais une revanche

(rehaussement du remblai égal à la différence entre la crête de l’ouvrage et la côte des plus hautes

eaux, fixée pour la crue de projet sélectionnée) empêche la submersion totale de l’ouvrage.

Etude des Barrages


Figure 23: Schéma de fonctionnement d'un barrage écrêteur de crue

Comment le barrage peut-il limiter les risques d’inondation à l’aval ?

Un barrage permet de stocker un certain volume d’eau. Donc, si ce volume est celui qui s’écoule

pendant la période où le débit dans la rivière est le plus fort, le barrage peut donc écrêter la pointe

de la crue et limiter ainsi la sévérité des inondations à l’aval.

Figure 24: Allure des crues avant et après le barrage

Etude des Barrages


4.1.3.2. Impacts

Comme un barrage écrêteur de crue a pour objectif de diminuer la valeur des débits de

pointe en aval, Cet effet est très net pour les crues moyennes qui sont en général les plus

morphogènes. Cela peut donc avoir des conséquences préjudiciables sur la géomorphologie du

lit en aval : la stabilisation des chenaux d’écoulement en lit mineur, le développement de

végétation et la fixation des sédiments, ce qui conduit à une diminution du transit de sédiments

par charriage et à une diminution de la débitance du lit pour les crues rares.

De plus, un barrage écrêteur de crues a pour effet de diminuer les vitesses d’écoulement au

passage dans la retenue, ce qui conduira à retenir une partie des sédiments transportés par

charriage et des sédiments transportés en suspension. Cet effet est faible, car le fil d’eau du pertuis

est au niveau du fil d’eau de la rivière (pas de plan d’eau permanent).

Les matériaux les plus fins provenant du transport en suspension seront rapidement remis en

suspension à l’occasion des crues suivantes, même faibles. Les matériaux plus grossiers

provenant du transport par charriage peuvent provoquer des petites accumulations durables.

Un entretien périodique de la végétation susceptible de se développer sur ces atterrissements sera

nécessaire pour que le contrôle hydraulique reste bien au niveau du pertuis. Cet entretien peut

consister en une simple scarification de surface.

La conséquence de ce dépôt est un déficit de matériaux solides à l’aval de l’ouvrage qui va

déclencher un mécanisme classique d’érosion progressive. Dans le cas des barrages libres, cet

effet sera modéré.

Sous réserve de quelques précautions assez simples, un barrage à vocation unique d’écrêtement

des crues et non vanné ne constitue pas une barrière à la mobilité des populations piscicoles.

Enfin, il convient d’envisager les conséquences d’une rupture éventuelle de ce type d’ouvrages,

ce qui pourra conduire à son classement au titre de la sécurité publique.

4.1.3.3. Cas d’un barrage a vocation multiple

Il s’agit par exemple d’un ouvrage ayant également une vocation touristique, paysagère,

aménagement hydroagricole et hydroélectrique, écologique ou de soutien des étiages.

Cependant, sauf pour les retenues de très grand volume, la vocation principale d’écrêtement des

crues est en général assez peu compatible avec d’autres usages du barrage.

Pour arriver à cette fin, le pertuis peut être placé au point bas de la retenue et équipé d’une vanne,

ou bien il peut être calé à une cote plus haute. Le principe général de fonctionnement évoqué plus

haut est plus sophistiqué lorsque le pertuis est équipé de vannes, et cela exige alors une présence

humaine pendant la crue, même en cas de dispositifs automatiques. La gestion est très délicate

en cas de crue survenant alors que la retenue est partiellement pleine, ou en cas de crue à double

pointe.

Si le barrage écrêteur de crues est situé sur un cours d’eau à fort transport sédimentaire, le plan

d’eau permanent en fond de retenue va rapidement se combler par piégeage du transport solide

de charriage et d’une partie du transport de suspension. Le stockage des matériaux charriés

entraîne un déficit en matériaux solides dans le cours d’eau aval et génère donc une érosion

progressive dont les conséquences peuvent être dommageables en particulier sur le niveau de la

nappe.

Etude des Barrages


Les effets d’une retenue à niveau constant sur la qualité de l’eau seront liés essentiellement à

l’eutrophisation. Si l’eau alimentant la retenue est riche en nitrates et/ou phosphates, le plan d’eau

devient alors un milieu propice à l’accélération du processus d’eutrophisation, qui se manifeste

par le développement estival d’algues, avec un impact visuel et, le cas échéant, olfactif. Ce

développement est d’autant plus fort que la retenue à niveau constant est en général de faible

profondeur, ce qui favorise l’élévation de température.

Un plan d’eau à niveau constant, de faible profondeur et à très faible marnage, est très propice

au développement des plantes aquatiques. Ce développement se produit quelques années après

la mise en service, par apport de graines par voie naturelle ou anthropique. Le principal facteur

de répartition des espèces est la profondeur de l’eau. La composition physico-chimique de l’eau

et des sédiments influencent également les espèces, qui sont donc un indicateur du niveau

trophique de l’écosystème aquatique.

Toujours dans le cas d’un plan d’eau à niveau constant en fond de retenue, l’élévation de

température et l’eutrophisation vont entraîner une diminution de la teneur en oxygène avec un

risque de mortalité piscicole. Ces phénomènes seront d’autant plus marqués que le débit naturel

du cours d’eau est faible en été et, donc, que l’eau se renouvelle peu dans la retenue.

Enfin, un barrage à vocation multiple comportant un plan d’eau à niveau constant en fond de

retenue constitue une barrière à la mobilité des populations piscicoles.

4.1.3.4. Les caractéristiques

Classement « géométrique » du barrage

Le classement de l’ouvrage au titre de la nouvelle réglementation nécessite de déterminer la

valeur des paramètres suivants :

- H : la hauteur de l'ouvrage exprimée en mètres et définie comme la plus grande hauteur

mesurée verticalement entre le sommet de l'ouvrage et le terrain naturel à l'aplomb de ce sommet.

Cette notion ne diffère pas, selon que l’on considère un ouvrage habituellement en eau ou un

ouvrage « sec » de type écrêteur de crues ;

- V : le volume retenu exprimé en millions de mètres cubes et défini comme le volume qui

est retenu par le barrage à la cote de retenue normale. La note [1] précise que la retenue normale

des barrages écrêteurs de crues est à la cote du déversoir, même si cette situation est rare.

4.1.3.5. Les différentes cotes du barrage

Pour un barrage ecrêteur de crue, il s’avère intéressant de préciser des notions utilisés

couramment tels que :

La cote normale d’exploitation ou retenue normale (RN)

La crue de protection d’un ouvrage pour limiter l’impact des crues en aval

La cote des plus hautes eaux (PHE), associée à la crue de projet

La cote de danger

Etude des Barrages


a. La Cote normale d’exploitation d’un barrage ou cote RN

C’est la cote habituelle ou normale de remplissage du barrage. Pour les barrages équipés d’un

évacuateur à seuil libre, c’est la cote de ce seuil. Dans le cas de seuils libres multiples, c’est la

cote du seuil le plus bas. Pour les évacuateurs vannés, cette cote correspond par exemple à la cote

supérieure d’un clapet en position relevée ou au bordé supérieur d’une vanne segment abaissée.

Dans tous les cas, il s’agit d’une cote qui est physiquement matérialisée par un organe du barrage,

et c’est elle qui permet de déterminer le volume de la retenue.

b. La cote et crue de protection

Ce sont des notions propres aux barrages écrêteurs de crues qui est équipé de pertuis dont le

dimensionnement est basé sur la capacité du lit en aval, on évalue le débit maximal non

dommageable du cours d’eau en aval du barrage et on dimensionne le pertuis pour délivrer au

maximum ce débit. Si le débit entrant dans la retenue lui est supérieure, il y a stockage dans la

tranche d’eau de laminage, jusqu’à atteindre la cote d’un déversoir de surface qui assure la

sécurité du barrage lors des évènements extrêmes. On peut donc dire que la cote de protection

est la cote du déversoir de surface d’un barrage écrêteur de crues. A cette cote est associé à une

crue (crue de protection) qui, vu la présence de l’ouvrage, ne seront pas dommageables pour les

enjeux en aval du barrage. Elle est atteinte lors d’une crue de période de retour égale à Pprotection

c. La cote et crue de sureté

La cote de sureté est la cote sur la PHE, laissant encore une revanche pour se protéger de l’effet

des vagues. A cette cote, l’ouvrage doit répondre à tous les standards de la sécurité, que ce soit

sur le plan structural (résistance au cisaillement ou au glissement, résistance en fondation,

résistance à l’érosion interne) oui sur le plan hydraulique. Et l’on dispose encore des marges

avant d’atteindre des états-limite de rupture. Elle est atteinte lors d’une crue de période de retour

égale à Tsureté

A cette cote associe la crue de sureté qui est la crue provoquant la montée de l’eau jusqu’à la cote

PHE

d. La cote et crue de danger de rupture

C’est la cote au-delà de laquelle l’ouvrage risque de subir des dégâts majeurs pouvant conduire

rapidement à la rupture et qui constitue un état-limite ultime pour l’ouvrage.

La crue de danger de rupture est donc la crue associée à l’atteinte de la cote de danger de rupture

qui est une famille de crues avec différentes formes d’hydrogrammes arrivant sur une retenue

initialement plus ou moins remplie et combinées avec différents scénarios des évacuateurs ou

déversoirs.

Etude des Barrages


4.1.4. Choix du type de barrage à mettre en place

4.1.4.1. Barrage en terre homogène

Si l’on dispose de sols fins de qualité satisfaisante et en qualité satisfaisante, le barrage en terre

homogène s’impose comme le plus économique. Le barrage en terre homogène consiste à repartir

les matériaux dans le corps du barrage en fonction de leur granularité ou de leur humidité, mais

sans que des filtres de séparation ne soient nécessaires. Il ne s’agit donc pas de véritables zones

délimitées avec précision. Par exemple, on pourra réaliser un barrage homogène où les matériaux

les plus fins sont placés à l’amont et les plus grossiers à l’aval ; ou bien où les matériaux les plus

humides sont placés au centre.

Si l’on dispose de matériaux fins en quantité limitée et suffisamment de matériaux grossiers

exploitables, on peut envisager la construction d’un barrage en terre zoné avec noyau ou massif

amont assurant étanchéité et recharges stabilisatrices grossières. Ce type de solution présent

toutefois l’inconvénients d’une mise en œuvre par zone qui sera d’autant plus compliquée et

onéreuse que le site est étroit et qu’il peut contrarier l’évolution des engins. Un autre inconvénient

est la nécessité de séparer par des filtres de transition les différentes zones. Par contre, surtout

pour les ouvrages relativement importants, les matériaux grossiers peuvent permettre un

raidissement des talus.

Si l’on ne dispose pas de matériaux fins susceptibles d’assurer l’étanchéité du barrage, ou bien

si l’exploitation d’une zone d’emprunt très hétérogène constituée de matériaux fins à grossiers

est trop complexe, on peut recourir à une étanchéité artificielle. Deux techniques sont plus

spécialement adaptées aux petits et moyens barrages : la géo-membrane et la paroi moulée.

Tous ces conditions nous poussent à choisir les barrages en terre homogène pour notre projet, de

plus, c’est le plus simple à réaliser et bien adapté aux sites ayant une fondation déformable.

Figure 25: Coupe schématique d'un barrage écrêteur de crue

Crête

Cote de sûreté (PHE)

Cote de protection (seuil de surface)

Retenue semi-permanente (Barrage multifonction) Pertuis

Etude des Barrages


4.2. DIMENSIONNEMENT DU BARRAGE

Le dimensionnement hydraulique des ouvrages sont indispensable pour ce projet, donc on va

indiquer le principe pour chaque catégorie et nous abordons ensuite l’étude globale du barrage.

4.2.1. Le pertuis de fond

En pied amont du barrage, on réalise un pertuis dont la section est déterminée de façon à

laisser passer les débits courants et les crues fréquentes non dommageables pour l’aval.

Au-delà de ce débit, le pertuis commence à se mettre en charge, et la retenue commence à se

remplir. L’efficacité optimale de ce type de barrage est obtenue en calculant la dimension du

pertuis de telle sorte que le débit à retenue pleine (juste avant déversement sur le seuil de surface)

soit voisin du débit de plein bord dans les zones aval où le débordement est dommageable. La

section du pertuis peut être déterminée par la relation :

𝑄 = 𝑐𝑆√2𝑔𝐻

Avec :

Q [m3/s] : débit de plein bord en aval dans les zones à enjeux significatifs ;

c : coefficient de débit du pertuis (de 0,6 pour un entonnement non profilé à 0,85 pour un

entonnement très bien profilé) ; La valeur du paramètre c est démontré en annexe 2.

S [m2] : section du pertuis ;

H [m] : charge hydraulique définie comme la différence de cote entre le niveau

amont juste avant déversement et l’axe du pertuis si le débouché aval n’est pas en charge

; sinon, c’est la différence entre la charge amont et la charge aval ;

g [m/s²] : Accélération de la pesanteur (9,81m /s2)

D’où la section est donnée par la relation suivante :

𝑆 = 𝑄

𝑐√2𝑔𝐻

Les dimensions de chaque pertuis pour les trois barrages sont données par le tableau suivant :

Etude des Barrages


DIMENSION DES PERTUIS

Barrage Q [m3/s] C g [m2 /s] H [m] S [m2] Diamètre [m]

B1 150 0,85 9,81 15 10,29 3,62

B2 100 0,85 9,81 10 8,40 3,27

B3 50 0,85 9,81 10 4,20 2,31

Tableau 22: dimensions des pertuis pour chaque barrage

On ne doit pas tenter de limiter plus radicalement le débit en aval, en réduisant la section du

pertuis, car en effet, si l’on est alors très efficace pour les petites crues, c’est au détriment d’une

moindre efficacité pour les fortes crues ; la limitation du débit relâché à l’aval lors de la montée

de la crue va conduire à un remplissage plus rapide de la retenue qui ne disposera plus de capacité

pour écrêter la pointe.

Enfin, il faut vérifier si le pertuis ne risque pas d’être obstrué par l’accumulation de corps

flottants. Ce risque sera plus fort pour les rivières étroites. Donc, il est essentiel d’installer,

légèrement en amont du pertuis, un dispositif de piégeage des corps flottants ou charriés par le

courant. Ce dispositif doit être positionné légèrement en amont du pertuis, avoir une section libre

plusieurs fois supérieure à la section du pertuis, sous réserve d’autres considérations liées par

exemple à la sécurité du public. Le dispositif recommandé est une cage autour du pertuis, plutôt

qu’une simple grille.

Dans le cas d’un barrage en remblai, le pertuis se prolonge par une conduite sous remblai. Sauf

si la longueur de la conduite est très faible, il est donc recommandé de dimensionner la conduite

(diamètre et pente) pour que l’écoulement s’y fasse à surface libre. Pour des conduites de grande

longueur, on prévoira un dispositif d’aération débouchant à l’aval immédiat du pertuis et avec

prise d’air au niveau de la crête du barrage dans sa partie non déversant.

Si l’on opte pour un écoulement en charge dans la conduite (ce qui se traduit par un diamètre

moins important), le calcul de la capacité du pertuis doit prendre en compte les pertes de charge

dans la conduite. La conduite doit alors être parfaitement étanche, même en charge, ce qui

implique le choix d’une conduite en acier ou en béton.

4.2.2. Le déversoir de sécurité

Pour les crues rares et au-delà de la crue de projet, la retenue va se remplir complètement et le

déversoir de sécurité va entrer en service pour le transit du débit excédentaire. Ce déversoir doit

être équipé d’un seuil à surface libre. Le choix d’un ouvrage avec pertuis ou puits et galerie est à

prohiber, car sa capacité est limitée à partir de sa mise en charge, contrairement à l’ouvrage à

seuil libre dont la capacité est plus que proportionnelle à la charge hydraulique.

Le dimensionnement du seuil se fait au moyen de la formule suivante :

Etude des Barrages


𝑄 = 𝜇𝐿√2𝑔ℎ32

Avec :

Q [m3 /s] : débit maximum susceptible de transiter sur le seuil ;

µ : coefficient de débit du seuil, qui varie entre 0,32 et 0,5 (voire 0,55) selon que

le seuil est mal ou bien profilé et selon la charge hydraulique ;

L [m] : longueur du seuil ;

h [m] : charge hydraulique sur le seuil ;

g : Accélération de la pesanteur (9,81 m/s²)

D’où la longueur du seuil est donnée par la relation suivante :

𝐿 = 𝑄

𝜇√2𝑔ℎ32

Cette formule est applicable tant que l’écoulement reste dénoyé c’est à dire tant que

h’ < 2h/3 car alors l’écoulement au droit du seuil n’est pas influencé par le tirant d’eau aval.

h’ désigne la charge à l’aval du seuil, mesurée par rapport à la crête du seuil.

Lorsque l’écoulement au droit du seuil est dit noyé, la loi devient :

𝑄 = µ′𝐿ℎ′√2𝑔(ℎ − ℎ′)

Avec

µ′ = 3√3µ/2

Il est important de faire cette distinction, car pour un même débit, la charge amont est supérieure

à celle qui aurait été obtenue pour un écoulement dénoyé.

Le dimensionnement du seuil permet d’associer une cote, appelée cote des plus hautes eaux. Au-

delà de cette cote, il convient de rajouter une revanche pour se prémunir contre l’effet des vagues

et des éventuels tassements du barrage et de sa fondation. La cote de la partie non déversant du

barrage sera calée au niveau des plus hautes eaux majoré de la revanche.

Les résultats sont donnés par le tableau suivant.

Etude des Barrages


Paramètres

Barrage Q PHE Q RN Q H PHE H Seuil h [m]

B1 680 415 265 19 15 4

B2 349 281 68 11 10 1

B3 132 104 28 11 10 1

Tableau 23: Les paramètres pour le dimensionnement des seuils

Dimension du déversoir

Barrage Q [m3 /s] µ G [m2 /s] h [m] L [m]

B1 265 0,4 9,81 4 18,70

B2 68 0,4 9,81 1 38,40

B3 28 0,4 9,81 1 15,80

Tableau 24: Les dimensions du déversoir

4.2.3. Détermination de chaque cote du barrage

Pour note projet, on veut protéger la plaine d’Antananarivo du crue de période de retour 10 ans,

donc, on va caler la hauteur du seuil du barrage (cote RN) à la hauteur de retenue équivaut à Q10.

Pour le cas du PHE on estime au Crue de période de retour 25 ans (Q25). Ces hauteurs sont

trouvées à l’aide du MNT établis pour chaque zone d’étude.

4.2.4. Revanche

C’est la différence de cote entre la retenue et la crête de l’ouvrage. Elle peut dans certain cas,

inclure le parapet. Cette revanche est dimensionnée à partir de critères sur la hauteur et la vitesse

des vagues. Soulignons que parmi tous les risques d’accidents qui menacent l’existence d’un

barrage en terre, la submersion est le plus grave. La hauteur et la vitesse des vagues.

Etude des Barrages


4.2.4.1. Hauteur des vagues

D’après la formule de STEVENSON :

Pour F< 18 Km

ℎ = 0.75 + 0.34√𝑓 − 0.26√𝐹4

Pour F > 18 Km

ℎ = 0.34√𝐹

Avec

F : Longueur rectiligne maximum du plan d’eau, mesurée à partir du barrage en

Km

h : hauteurs des vagues en m

Ces formules sont valables pour une vitesse du vent inférieure à 100 Km /h

4.2.4.2. Vitesse des vagues

D’après la formule de R.ROLLLEY

𝑉 = 1.5 + 2ℎ

Avec :

V : Vitesse des vagues en m/s

h : hauteur des vagues en m

4.2.4.3. Revanche

D’après J. DUGLAS, la revanche minimum est donnée par la relation suivante

𝑅 = 0.75ℎ +𝑉2

2𝑔

Etude des Barrages


Avec :

h : hauteur des vagues en m

g : accélération de la pesanteur (9,81 m/s2)

D’après R. ROLLEY, on peut évaluer directement la revanche par la formule simplifiée :

𝑅 = 1 + 0.3√𝐹

Et on peut adopter comme valeur minimale de la revanche :

Pour H < 10m on a : 1.2m < R < 1.5m

Pour H > 10m on a : 1.5 < R < 2m

Pour les grands barrages, les valeurs sont beaucoup plus élevées et peuvent dépasser le 5m.

Après calcul, les différentes cotes des barrages sont données par le tableau ci-dessous.

Altitudes [m]

Barrage cote le plus bas cote RN Cote PHE Cote crête

B1 1 261 1 276 1 280 1 282

B2 1 361 1 371 1 372 1 374

B3 1 272 1 282 1 283 1 285

Tableau 25: les altitudes des différents côtes du barrage

(Source : traitement sous Google Earth)

Hauteur du Barrage

Barrage Hauteur RN [m] Hauteur PHE [m] Revanche [m] Hauteur du barrage [m]

B1 15 19 2 21

B2 10 11 2 13

B3 10 11 2 13

Tableau 26: Hauteurs des barrages

Etude des Barrages


4.2.5. Largeur en crête du barrage

La largeur en crête d’un barrage en terre doit-être suffisante pour qu’il n’y ait pas de circulation

d’eau importante dans le barrage près de son couronnement lorsque la retenue est pleine.

Pratiquement, la largeur en crête n’est jamais inférieure à 3m à fin de permettre le passage des

engins d’entretien. Il est souvent utile de la traiter en chemin rural, et elle est souvent déterminée

par les dimensions de la route passant sur le barrage.

La largeur en crête est déterminée par la formule empirique suivant :

𝐿𝑐 = 𝐻

3

Avec

H : la hauteur du barrage [m]

Lc : Largeur en crête [m]

Donc la relation suivant doit être respecté :

𝐿𝑐 = 𝑠𝑢𝑝 (3𝑚;𝐻

3)

On a dans le tableau suivant la largeur en crête de chaque barrage.

Largeur en crête [m]

B1 B2 B3

7 4,34 4,34

Tableau 27: Largeur en crête du barrage

4.2.6. Fruit des talus du barrage

Etude des Barrages


Le fruit du barrage est fixé par les conditions de stabilité mécanique du massif et de ses

fondations. Elle dépend aussi de la structure du barrage, de la nature des matériaux du massif et

de la fondation.

En générale, on se donne en dessinant le projet, des pentes qui paraissent optimales et on vérifie

grâce à une étude de stabilité que la sécurité est assurée.

D’après ce qu’on a vu sur la généralité du barrage homogène, le fruit des talus est en générale

de 3/1 en amont et de 2.5/1 en aval, mais dans notre cas, on va prendre un fruit de même valeur

pour les deux parements, d’où la largeur de base de chaque barrage est donnée par le tableau

suivant.

largeur de base du barrage [m]

Barrage Fruit amont et aval Largeur en crête Largeur de la base

B1 2,5/1 7 112

B2 3/1 4,5 82 ,5

B3 2,5/1 4,5 69 ,5

Tableau 28: Largeur de base du barrage

4.2.7. Longueur en crête du barrage

Pour déterminer la longueur du barrage, on utilise L’outil « Cross section » du logiciel vertical

Mapper, L’outil trace le profil en travers à l’endroit choisi (site du barrage) à l’aide du MNT, et

on calcule après la largeur du barrage par rapport à la hauteur du barrage déjà trouvé.

Les figures ci-dessous nous montrent ces profils en travers pour les trois barrages.

Etude des Barrages


Figure 26: PT du site du barrage B1 sous Vertical Mapper

Figure 27:PT du site du barrage B2 sous Vertical Mapper

Etude des Barrages


Figure 28: PT du site du barrage B3 sous Vertical Mapper

Après avoir eu les Profils en travers de chaque site le plus approprié du barrage, on procède au

calcul de la longueur en crête du barrage. Le tableau ci- dessous nous montre ces résultats :

Longueur en crête du barrage [m]

Barrage B1 Barrage B2 Barrage B3

210 115 262

Tableau 29: Longueur en crête des barrages

(Source : traitement par Vertical mapper)

Vu toutes ces dimensions, on va résumer dans le tableau suivant les caractéristiques de chaque

barrage.

Etude des Barrages


82

Barrage Lieu du site Rivière Surface Bassin

Versant [Km2]

Hauteur du

Barrage [m]

Pertuis Emprise de la retenue

Débit

maximum aval

Surface max

[Ha]

volume max

[m3]

B1 Ambohijanaka Ikopa 1382,25 21 150 885,33 54292140

B2 Andramasina Sisaony 314,4 13 100 438,67 26066640

B3 Ankororosy Mamba 38,54 13 50 54,85 1432728

Tableau 30: Les caractéristiques de chaque barrages

Barrage Hauteur du Barrage [m] Hauteur du seuil [m] Largeur en crête [m] Diamètre pertuis [m]

B1 21 15 7 3,61996001

B2 13 10 4,5 3,27100312

B3 13 10 4,5 2,31294849

Tableau 31: Les dimensions des barrages

Etude des Barrages


Figure 29: Coupe transversale du barrage B1

Figure 30: Vue de face du barrage B1

Etude des Barrages



Figure 32: Vue de face du barrage B2

Etude des Barrages



Figure 34:Vue de face du barrage B3

Etude des Barrages


4.2.8. Traitement de la fondation du barrage

L’étude de la fondation d’un barrage est un facteur indispensable pour la mise en place d’un

barrage en terre car elle joue un rôle très important pour la stabilité de l’ouvrage.

La zone d’assise du barrage doit toujours être décapée d’au moins 0.50 [m] pour éliminer la terre

végétale.

Les caractéristiques mécaniques des matériaux meubles de la fondation (alluvions) sont souvent

suffisantes pour supporter un remblai d’une hauteur inférieure à une dizaine de mètres. Une étude

approfondie doit être entreprise pour une hauteur de remblai supérieure à une vingtaine de mètres.

Lorsque la fondation pose un problème de stabilité, la solution consiste, soit à purger soit à élargir

sensiblement la base du remblai. Il est peu courant de mettre en place un dispositif de drainage

destiné à accélérer la consolidation de la fondation meuble.

La nature des matériaux à l’interface remblai-fondation peut nécessiter la mise en place d’un

filtre.

Le tassement d’une fondation meuble dû au poids du remblai est évalué à l’aide des essais de

compressibilité. Après construction, il ne devrait pas excéder en général 5 % de l’épaisseur totale

des couches compressibles.

Des dispositifs d’étanchéité et de drainage sont à mettre en place afin d’obtenir un débit de fuites

acceptable et d’éviter tout risque de renard et de sous pression à l’aval.

4.2.8.1. Etanchéité de la fondation

On peut considérer les trois cas suivants pour les barrages de types homogènes et zonés

cas d’une fondation constituée de matériaux peu perméables : il est recommandé

d’exécuter une clé d’étanchéité en matériaux argileux compactés afin de tenir compte de la

fissuration superficielle et d’hétérogénéités éventuelles. Les dimensions de cette clé sont :

- largeur minimale à la base de 3 mètres (largeur des engins) ;

- pentes de l’ordre de 1/1 ;

- profondeur de plusieurs mètres avec un minimum de 2 mètres par rapport au

terrain naturel

cas d’une fondation où la présence de couches perméables n’a été mise en évidence que

jusqu’à une profondeur de quelques mètres : la clé d’étanchéité doit les barrer et être ancrée dans

le niveau étanche ; si ce dernier est le rocher sain, après son nettoyage et une régularisation

éventuelle de sa surface, la mise en place d’une première couche d’épaisseur décimétrique

constituée d’argile humide permet d’assurer un bon contact ; il peut être nécessaire d’interposer

un filtre entre la face aval de la clé et les matériaux perméables de la fondation.

cas d’une fondation perméable jusqu’à une profondeur importante : les injections sont

utilisables aussi bien dans le cas d’une fondation meuble que dans celui de massifs rocheux plus

ou moins fissurés, les produits d’injection étant adaptés au matériau traité (coulis bentonite-

ciment, coulis spéciaux) ; la coupure comporte le plus souvent trois lignes de forages en

Etude des Barrages


quinconce ; comme l’injection ne peut être efficace en surface, soit on recoupe les premiers

mètres injectés par une clé d’étanchéité, soit on traite à partir d’une certaine hauteur de remblai.

L’autre technique d’étanchéité est la paroi moulée en coulis auto-durcissable bentonite

ciment ou en béton plastique ; cette solution est assez classique dans les terrains meubles ; elle

est aussi possible dans les fondations rocheuses selon la technique, plus coûteuse, de

l’hydrofraise. Elle peut entraîner des désordres si des déplacements importants se produisent, par

exemple le poinçonnement inverse du remblai dans le cas d’un fort tassement de la fondation

meuble (risque aussi d’un frottement latéral excessif) ; si elle est située au pied amont du remblai,

la paroi peut subir un cisaillement important dans sa partie supérieure.

4.3. STABILITE

4.3.1. Analyse de stabilité

4.3.1.1. Les actions

L’analyse de stabilité d’un barrage en remblai peut se décomposer en deux parties telles que la

détermination des actions auxquelles sont soumis l’ouvrage et l’analyse des combinaisons de ces

actions, combinaisons dont on retient les plus défavorables vis-à-vis du mécanisme de rupture

envisagé.

a. Détermination des actions

- action permanente : le poids propre du

remblai

- action variable : la pression interstitielle ou la poussée de l’eau de la retenue, en

fonction de la charge sur le déversoir ;

- action accidentelle : les séismes.

b. Les combinaisons des actions

Pour le calcul des petits et moyens barrages, on envisage le plus souvent trois combinaisons

d’actions :

- le poids propre du remblai et les pressions interstitielles de fin de construction

(combinaison quasi permanente) ;

- le poids propre du remblai et le champ de pression interstitielle induit par une vidange

rapide (combinaison fréquente) ;

- le poids-propre du remblai et le champ de pression interstitielle induit par la retenue à

son niveau normal (combinaison quasi permanente) ;

Le cas échéant, l’action d’un séisme (combinaison accidentelle), est aussi à considérer.

Etude des Barrages


4.3.2. Etude de stabilité

L’étude de stabilité d’un barrage en terre consiste surtout sur son talus amont et aval sur sa

fondation.

Pour trouver la solution, il faut se donner la forme de la surface de rupture au contact de laquelle

peut se présenter un phénomène de glissement. La surface de rupture la plus probable est

cylindrique à axe horizontal, Elle se présente sous forme de glissement dans une coupe verticale

de la digue.

En conséquence, nous allons présenter les méthodes de calculs relatifs à cette hypothèse de

rupture et qui sont basées sur la méthode de tranches.

4.3.2.1. Méthode des tranches (glissement rationnel)

Le principe est de découper le terrain en tranches verticales de faible épaisseur juxtaposées et on

étudie l’équilibre de l’ensemble. A la limite du glissement le long du cercle, on sait que le barrage

et sa fondation quand elle est alluvionnaire sont formés de terres dont la résistance au

cisaillement τ est fonction de de la contrainte normale σ, de la pression interstitielle u et des deux

caractéristiques tel que la cohésion c et l’angle de frottement interne φ dans le domaine inter-

granulaire, selon la relation

𝜏 = 𝑐 + (𝜎 − 𝑢) 𝑡𝑔𝜑

Suivant la nature des hypothèses faites sur les interactions entre tranches, sur la pression

interstitielle sur la distribution en intensité et en direction des forces de frottement le long de l’arc

AMB (figure 35), il existe plusieurs méthodes de calcul.

Comme l’ensemble barrage fondation n’est jamais homogène, il faut donc disposer dans la

pratique d’une méthode beaucoup plus générale permettant de prendre en compte les lignes de

glissement quelconques pour les massifs hétérogènes.

Chronologiquement, la méthode la plus ancienne et la plus couramment utilisée est la méthode

FELLENIUS avec rupture circulaire qui date de 1927. Elle a été perfectionnée par BISHOP en

1954. Elle peut donner lieu à une application graphique sous le nom de méthode COURTENEY.

NONVEILLER l’a généralisée à des ruptures non circulaires en 1965. Les résultats de BISHOP

et de FELLENIUS se retrouvent immédiatement à partir de la formule de NONVEILLER.

Etude des Barrages


Figure 35: méthode des tranches

4.3.2.2. Méthode de FELLENIUS et de BISHOP

Dans les deux méthodes, on utilise les hypothèses suivantes :

- FORME :

• La rupture se produit sur une surface unique : surface de glissement cylindriques ;

• La rupture se produit d’un seul coup le long de toute la surface c’est-à-dire qu’on

ne tient pas compte des déformations qui se manifestent avant rupture.

- CALCUL

On trace sur une coupe transversale du barrage qui est en générale trapézoïdale plusieurs

cercles de glissement et on cherche le cercle le plus critique c’est-à-dire le cercle qui

présente le coefficient de sécurité le plus faible.

𝐹 = 𝑀𝑟

𝑀𝑚

Avec :

- F : coefficient de stabilité

- Mr : moment résistant ou moment des forces résistantes

- Mm : Moment moteur (forces motrices)

Considérons la figure 36 avec :

- l : portion de cercle de glissement interceptée par la tranche d’ordre (n)

- L : longueur de l’arc de cercle situé dans la partie saturée (sous la ligne phréatique)

Etude des Barrages


On admet que la partie non saturée est fissurée et à une cohésion nulle :σn composante normale et

τn composante tangentielle.

- σn et τn : composantes du poids Wn de la tranche ramenées au niveau du cercle

de glissement

- Xn et Zn : composantes de l’action de la tranche d’ordre (n-1)

- Xn et Zn+1 : composante de l’action de tranchée d’ordre (n+1)

a. FELLENIUS

Hypothèse :

Au niveau de chaque tranche : Xn+1 – Xn = 0 et Zn+1 – Zn = 0

C’est-à-dire qu’il n’y a pas de réactions inter tranches.

La forme tangentielle a tendance à entraîner le glissement : elle est motrice. τ est la composante

tangentielle du poids de toute la matière contenue dans la tranche (n), sol et eau. On tient compte

de la pression interstitielle u.

Soient τ la composante normale du poids total calculé à partir de la densité saturée. Elle engendre

sur « l » une pression totale τ/l de laquelle il faut déduire la pression interstitielle u régnant dans

cette zone. La force de frottement le long de l est alors :

(/l –u)*l*tgφ -u*1*tg φ = (-u*l) tg φ

Avec le moment de forces résistantes est :

Mr = Σ(σi – ui*li) tgφi*R + Σ(ci*li)R

R[Σ(σi – φi*li) tgφi + Σ(ci*li)]

Le moment des forces motrices est

Mm = Σi R = R Σi

D’où le coefficient de sécurité :

𝐹 = ∑ (𝜎𝑖 − 𝑣𝑖 ∗ 𝑙𝑖)𝑡𝑔𝜑 + ∑ 𝐶𝑖 ∗ 𝑙𝑖)𝑁

𝑖=1𝑁𝑖=1

∑ 𝜏𝑖

Avec

σi = Wi cos αi

τi = wi sin αi

cos αi = b/li

Etude des Barrages


D’où :

𝐹 =∑ [(𝑊𝑖 𝑐𝑜𝑠 2𝛼𝑖 − 𝑢𝑖 ∗ 𝑏) 𝑡𝑔𝜑𝑖 + 𝐶𝑖 ∗ 𝑏] ∗

1𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖

𝑁𝑖=1

∑ 𝑤𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝛼𝑖𝑁𝑖=1

b. BISHOP

La méthode de BISHOP tient des réactions inter tranches et aussi de la pression interstitielle.

Xn+1 – Xn ≠ 0 et Xn+1 – Zn = 0

Le coefficient de sécurité est :

𝐹 = ∑(𝜎𝑖 − 𝑢𝑖 ∗ 𝑙𝑖)𝑡𝑔𝜑𝑖 + 𝐶𝑖 ∗ 𝑙𝑖

𝑘

𝑁

𝑖=1

∗1

∑ 𝜎𝑖

Stabilité mécanique de la fondation cas des ruptures planes

Comme les cercles de glissement recoupent la fondation, il faut donc tenir la résistance de celle-

ci dans les méthodes par tranches. Il est possible que la fondation comporte des zones plus moles

formant aussi des plans de glissement privilégiés. Quand un tel cas se présente, on peut évaluer

le coefficient de sécurité à la rupture par glissement de cette zone.

La partie aval du massif exerce une poussée P sur la partie amont du massif, Tel que :

𝑃 =1

2𝛾ℎ2𝑡𝑔2 (

𝜋

4−

𝜑

2)

Avec :

- γ: poids volumique de la terre

- h : hauteur de la terre au-dessus de la couche molle

- φ : angle de frottement interne de la terre

Sous la poussée P, la fondation a tendances à glisser le long du plan DB ; à cette poussée

s’opposent la cohésion de DB et la résistance en butée B le long de DC.

La cohésion non consolidée, non drainé étant Cuu,

La force de cohésion est égale à L*Cuu le long de DB

La butée B peut se calculer par la formule :

𝐵 =1

2 𝛾ℎ′2𝑡𝑔2 (

𝜋

4+

𝜑

2)

Avec h’ l’épaisseur de la fondation

Le coefficient de sécurité est :

Etude des Barrages


𝐹 =𝐵 + 𝐿 ∗ 𝐶𝑢𝑢

𝑝

Avec F ≥ 1.5

Figure 36: Stabilité au glissement des fondations

Pour le calcul de stabilité des talus d’un barrage, les cas à étudier sont les suivants :

- Stabilité en fin de construction (talus amont et aval) - Stabilité en cours de fonctionnement, retenue, pleine, régime permanent. (talus

aval).

Stabilité en fin de construction

La méthode la plus simple est de faire le calcul de stabilité en contrainte totale en adoptant les

valeurs de Cu et φu correspondant aux taux de compactage du remblai.

Stabilité en régime permanent

C’est souvent le plus défavorable pour le talus aval. Après avoir tracé le réseau d’écoulement, la

stabilité est calculée en contraintes effectives.

E.I.E. et Etude Financière


PARTIE 5 : ETUDE D’IMPACT

ENVIRONNEMENTAL ET ETUDE FINANCIERE



5.1. ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL

5.1.1. Introduction

L’adoption de la loi portant Charte de l’Environnement Malagasy (l’article 10, loi N° 90-033 du

21 décembre 1990) et la promulgation du décret relatif à la Mise en Compatibilité des

Investissements avec l'Environnement (MECIE) (décret N° 99 954 du 15 décembre 1999, portant

refonte du décret N° 95-377 du 23 mai 1995) impliquent une obligation pour les projets

d’investissements publics ou privés susceptibles de porter atteinte à l'environnement d’être

soumis soit à une étude d’impact environnemental (EIE), soit à un programme d’engagement

environnemental (PREE), selon la nature technique, l’ampleur de ces projets et la sensibilité de

leurs milieux d’implantation.

5.1.2. Etude environnemental

La réalisation d’une étude environnementale est une étape importante et obligatoire dans le

processus d’un projet dans la mesure où elle a une grande importance sur les décisions

d’investissements.

Dans ce chapitre, nous essaierons d’évaluer les impacts environnementaux qui pourraient exister

par suite de la réalisation des 3 barrages. Les buts de cette analyse sont donc de mettre en valeur

les impacts probables du projet et de proposer des mesures d’atténuation ou de compensation.

5.1.2.1. Mise en contexte du projet

Le projet de mettre Trois barrage de rétention de crue en amont de la grande ville d’Antananarivo

et de ces plaines inondables a pour but d’empêcher l’inondation pendant la période de crue, qui

cause toujours chaque année des grands dégâts sociale et économique. La mise en place de ces

ouvrages provoque donc un grand atout pour les quartiers bas et les zones inondable. Par contre,

quelques zones en amont des barrages risquent d’être inondées pendant quelques temps, mais

malgré le choix des sites choisis pour l’implantation des barrages, ça reste minime par rapport à

celle de l’aval sans ces barrages. De plus, les habitants en amont peuvent profiter l’existence de

ces barrages pour des différents profits comme l’adduction en eau potable, irrigation, etc.…

Malgré tous ces avantages, il faut néanmoins évaluer les impacts de la réalisation ; ceci est

nécessaire afin de pouvoir prendre les mesures d’atténuations adéquates et éventuellement des

mesures d’amélioration en cas d’impacts positifs. Avec cette étude, on pourrait alors éviter les

problèmes environnementaux qui pourraient éventuellement survenir après la mise en place du

projet.



5.1.2.2. Identification des impacts

a. Impacts potentiels sur l’environnement et le milieu social

(Impacts généraux)

Les grands projets de barrages, en transformant irréversiblement le milieu de vastes

régions géographiques, peuvent, pour cette raison, causer de graves problèmes pour

l’environnement et le milieu social. Les critiques à l’endroit de tels projets n’ont cessé de se

multiplier ces dernières années. Les observateurs les plus sévères estiment que l’ampleur des

coûts que doivent subir les milieux social, naturel et économique est trop lourde pour en justifier

l’existence. D’autres pensent qu’il est possible, dans certains cas, de prévoir les risques et de

mettre en place des mesures correctives qui soient rentables et ainsi réduire, voire éviter, les coûts

pour la société et l’environnement. Or pour notre cas le barrage effectue son rôle que pendant

quelques périodes de l’année, c’est-à-dire que l’ampleur des impacts diminue.

L’aire d’influence d’un barrage s’étend du point le plus en amont du bassin

hydrographique jusqu’à l’estuaire, au littoral et au-delà. Elle inclut le bassin versant et la vallée

en aval du barrage. Bien que la construction d’un barrage ait des effets directs sur le milieu naturel

(poussière, érosion, problèmes liés aux bancs d’emprunt et de dépôt des matériaux, par exemple),

il reste que l’endiguement des eaux, l’inondation des terres qui constitueront le bassin de retenue

et la modification du débit du cours d’eau peuvent avoir des conséquences graves sur les sols, la

végétation, les espèces sauvages, les espaces naturels, la pêche, le climat et surtout sur les

populations locales.

Les effets indirects d’un barrage, qui s’avèrent parfois être pires que leurs effets directs,

comprennent ceux qui sont reliés à sa construction, à son entretien et à son fonctionnement

(routes d’accès, construction de campements par exemple) ainsi que le développement de

l’agriculture et l’expansion des activités industrielles et urbaines.

À côté des effets directs et indirects du barrage sur le milieu naturel, il faut également

envisager les effets de ce dernier sur l’ouvrage lui-même. L’utilisation des terres, de l’eau et des

autres ressources du bassin hydrographique (agriculture, établissements humains et

défrichement, par exemple) en amont du bassin de retenue risquent d’entraîner une accélération

de l’envasement, une altération de la qualité de l’eau dans les bassins de retenue et les rivières

en aval, ce qui à son tour, met en danger le fonctionnement et la durée de vie utile du barrage.

La construction d’un barrage écrêteur de crue permet, d’une part, de maîtriser les crues

et, d’autre part, de disposer de quantités d’eau plus abondantes et de meilleure qualité pour

l’alimentation en eau des populations et pour répondre aux besoins des secteurs agricole et

industriel (cas d’un barrage à multifonction). Par ailleurs, un barrage peut être la solution à des

problèmes d’environnement plus graves engendrés par certaines activités; la production

hydroélectrique, par exemple, représente un moindre risque par rapport à l’énergie produite à

partir du charbon ou comparé à l’installation d’une centrale nucléaire. De plus, l’intensification



des cultures que rend possible l’irrigation, permet de protéger les secteurs boisés, les habitats de

la faune et les régions qui ne se prêtent pas à l’agriculture. En outre, un barrage donne lieu à des

pêches sur le bassin de retenue et crée des possibilités d’exploitation agricole sur les terres

asséchées en aval qui peuvent parfois compenser les pertes dues à sa construction.

b. Effets hydrologiques et limnologiques

Construire un barrage sur un cours d’eau et créer artificiellement une retenue d’eau

modifient profondément le système hydrologique et limnologique local. Le régime saisonnier du

débit, la qualité, la quantité et l’utilisation de l’eau, les organismes aquatiques et le processus de

sédimentation du bassin versant subissent des changements très importants.

La décomposition des matières organiques (telles que les arbres) sur les terres inondées

même pendant quelque temps enrichit les éléments nutritifs présents dans le bassin de retenue.

Les engrais employés en amont s’ajoutent aux éléments nutritifs qui s’accumulent et se recyclent,

processus qui non seulement nourrit les ressources halieutiques présentes dans le bassin, mais

aussi stimule la croissance des plantes telles que les jacinthes d’eau et autres. En ce qui concerne

les bancs d’algues et d’herbes, ils deviennent un problème coûteux à gérer quand ils obstruent le

passage de l’eau et les canaux d’irrigation, mettent en péril la pêche, restreignent les activités de

loisir, accroissent les coûts de traitement des eaux, entravent la navigation et accentuent les pertes

en eau par évapotranspiration.

Si les terres, à l’origine très boisées, n’ont pas été suffisamment défrichées avant d’être

inondées, la décomposition épuisera l’oxygène contenu dans l’eau, ce qui affectera l’ensemble

de la vie aquatique et entraînera la mort de nombreux poissons. La décomposition anaérobique

produit, entre autres, des sulfures d’hydrogène qui nuisent aux organismes aquatiques, ainsi que

du méthane, qui est un gaz à effet de serre. Le principal gaz produit, le dioxyde de carbone, est

lui aussi un gaz à effet de serre. Il se crée une pollution de l’air et de l’eau.

Les particules en suspension transportées par l’eau se déposent ensuite dans le bassin de

retenue, ce qui limite sa capacité de stockage, réduit sa durée de vie utile, diminue la quantité de

sédiments dans les eaux en aval et mis en péril la vie des gens en aval du barrage. La productivité

de nombreux secteurs agricoles situés dans les plaines inondables ont toujours dépendu de dépôts

de limon riches en éléments nutritifs. Pour maintenir la productivité, il faut avoir recours aux

engrais pour remplacer les sédiments constitués d’éléments nutritifs qui ne sont plus déposés

dans les plaines. Les eaux déversées du bassin, pratiquement dépourvues de sédiments, risquent

de creuser le lit du cours d’eau. Par contre, la sédimentation dans le bassin de retenue améliore

la qualité de l’eau produite en aval dont profitent l’irrigation, l’industrie et les populations. Aussi,

l’utilisation des engrais (non contrôlée) pour absence de dépôt de limon, sous l’effet d’érosion,

constitue-t-elle une pollution d’eau pour d’autres utilisateurs.



L’altération des niveaux de la nappe phréatique en amont et en aval du bassin de retenue

qui ont des effets directs sur le milieu naturel et les usagers se trouvant en aval, font partie des

effets des changements apportés à l’hydrologie et à l’hydrogéologie du bassin versant.

c. Problèmes sociaux

La construction d’un barrage profite, le plus souvent et avant tout aux citadins, aux

habitants des régions rurales dont l’existence dépend de l’agriculture et à ceux qui vivent à des

distances éloignées; moins fortunés sont celles et ceux qui en assument les conséquences

écologiques et sociales. Les habitants les plus touchés sont ceux situés dans les plaines en aval.

Le réservoir du barrage engloutit de larges zones de territoires. Inévitablement, les populations

locales doivent être déplacées, la faune et la flore sont noyées sous ce bassin artificiel et, dans

certains cas, il en est de même pour certains monuments historiques et culturels. Il n’est pas aisé

de reloger les populations ainsi déplacées, et de leur trouver à nouveau un emploi ; ce qui se

traduit par l’augmentation du taux de chômage et de la pauvreté. Les habitants qui sont restés

dans le bassin versant sont souvent confrontés à des difficultés d’accès aux ressources naturelles,

aux terres et à l’eau disponibles.

Les changements de débit d’un cours d’eau ainsi que la réduction des dépôts de limon

dus à la réalisation d’un projet de bassin de retenue, affectent la pêche artisanale riveraine et

l’agriculture de décrue. Les plaines inondables des fleuves tropicaux occupent de vastes étendues

dont profitent les êtres humains et les animaux. Quand celles-ci s’amenuisent et que l’utilisation

des terres se transforme, ces populations se trouvent contraintes de se déplacer. Par ailleurs, les

maladies transmises par l’eau (le paludisme, la schistosomiase, l’onchocercose et l’encéphalite,

la fièvre typhoïde, par exemple) augmentent bien souvent de fréquence et d’intensité avec la

réalisation de projets de bassins de retenue.

L’afflux spontané et même contrôlé de populations dans la région (ouvriers employés

pour la construction du barrage, ouvriers agricoles saisonniers, travailleurs attirés par d’autres

activités que stimule le projet et habitants ruraux qui, grâce aux routes et à l’amélioration de la

navigation, ont accès à cette région) donne lieu à des problèmes sociaux et environnementaux.

Ils se traduisent par des problèmes de santé, une surcharge des services publics, une concurrence

pour les ressources disponibles, des conflits sociaux. Ils influent négativement sur

l’environnement du bassin versant, du bassin de retenue et du bassin fluvial en aval.

d. Pêche et espèces sauvages

Les activités de pêche sur le bassin de retenue se verront plus profitables que celles que

procurait antérieurement le cours d’eau. Par contre, les ressources halieutiques s’amenuisent en

raison du changement de débit du cours d’eau, de la détérioration de la qualité de l’eau, des

changements de la température de l’eau, de la perte de frayères et des barrières physiques qui

entravent la migration des poissons.



La disparition des habitats représente l’impact le plus grave que le remplissage d’un

bassin de retenue et le changement d’affectation des terres dans le bassin versant ont sur les

espèces sauvages. De plus, il se peut que le bassin de retenue et les développements connexes

dérangent les routes de migration de la faune. Le braconnage et la destruction d’espèces jugées

nuisibles pour l’agriculture ont des effets plus sélectifs. Par contre, la création d’un bassin de

retenue peut être propice à l’expansion de la faune aquatique dont font partie l’avifaune, les

reptiles et les amphibiens.

5.1.2.3. Analyse des impacts

Impacts positifs Impacts négatifs

Diminution de l’inondation en aval

Maitrise des crues

Possibilité d’alimentation en eau

potable

Possibilité de la production d’énergie

électrique

Aménagement hydroagricole

Augmentation du nombre d’emploi

pendant la phase de construction

Site touristique

Pollution de l’eau et de l’air, érosion

du sol, destruction des végétations sur le site

du barrage

Bouleversement de la vie des

communautés résidant dans le secteur

inondé

Disparition de terres agricoles et

forestières dans la zone inondée

Possibilité de disparition des sites

historiques et culturels

Disparition d’espaces naturelles et

d’habitats de la faune et flore

Détérioration de la qualité de l’eau

dans le bassin de retenue

Sédimentation du bassin de retenue

Modification du régime d’écoulement

de la rivière

Tableau 32: Analyse des impacts



5.1.2.4. Evaluation de l’importance des impacts

L’évaluation des impacts permet de conclure que les impacts négatifs restent d’une importance

mineure par rapport aux impacts positifs Cependant, les impacts négatifs feront toujours l’objet

de proposition de mesure d’atténuation afin de diminuer les risques de détérioration de

l’environnement.

L’évaluation des impacts est faite pour pouvoir classifier et mesurer l’importance de ces impacts.

Elle est divisée en deux classes :

- L’évaluation globale qui nous permet de définir ou évaluer les impacts. il peut être

direct ou indirect et positif ou négatif.

- L’évaluation objective qui va dépendre des 3 critères suivants :

L’intensité ;

La durée ;

L’étendue.

Et pour chaque critère, on va définir des valeurs selon leurs catégories.

Critère Catégorie Valeur attribuée

Intensité

Faible

Moyenne

Forte

1

3

5

Durée

Temporaire

Moyenne

Longue

1

3

5

Étendue

Locale

Régionale

Générale

1

3

5

Tableau 33: Evaluation et importance des impacts

Après ajout cumulé des valeurs attribuées à chaque impact, et en faisant une analyse, on peut

classer les types d’impacts selon son importance. On peut alors prendre en compte trois critères

de note pour l’évaluation des impacts du projet selon son importance :

1 à 5: Impacts d’importance mineure ;

6 à 10: Impacts d’importance moyenne ;

11 à 15: Impacts d’importance majeure.

Pour notre cas, l’évaluation de l’importance des impacts nécessitent une descente sur terrain

massive et précis, mais en tous cas pour notre phase de projet, on constate déjà que les impacts

négatifs est d’importance mineur par rapport aux impacts positifs.



5.1.2.5. Mesures d’atténuations

Pour compensé les impacts négatifs par la réalisation de ce projet, des mesures d’atténuation sont

nécessaire selon la loi de la charte de l’environnement en vigueur. Le tableau suivant nous montre

ces mesures pour les différents impacts négatifs trouvés.

IMPACTS NEGATIFS MESURES POSSIBLES A ADOPTER

Pollution de l’eau et de l’air engendré

par la construction et l’évacuation des

déchets

Erosion du sol

Destruction de la végétation,

problèmes d’hygiène et de santé dans les

campements d’ouvriers

Lutte contre la pollution de l’air et de

l’eau

soin apporté à l’emplacement des

campements, des constructions, des

bancs d’emprunt, des carrières et des

décharges;

précautions pour contrer l’érosion;

remise en valeur des terres.

Bouleversement de la vie des

communautés résidant dans le secteur

inondé.

Réinstaller les communautés dans des

régions appropriées, les compenser

financièrement pour les pertes de ressources,

les doter de services de santé, d’éducation

adéquats et d’infrastructures, et créer des

possibilités d’emploi.

Disparition de terres (agricoles,

forestières ou de pâturage) et de milieux

humides inondés pour la création du bassin

de retenue.

Situer le barrage de manière à éviter

les pertes; réduire la taille du barrage et du

bassin de retenue;

épargner ou protéger des milieux

similaires dans la région pour contrebalancer

les pertes.

Disparition de sites historiques,

culturels ou ayant un attrait esthétique.

Situer le barrage de manière adéquate,

réduire la taille du bassin de retenue pour

éviter ou réduire les pertes;



Sauvegarder et protéger le patrimoine

culturel.

Disparition d’espaces naturels et

d’habitats de la faune et de la flore.

Situer le barrage ou réduire la taille du

bassin de retenue de manière à éviter ou

réduire les pertes;

Créer des parcs naturels ou des

réserves en échange;

Secourir et réinstaller les animaux.

Prolifération de mauvaises herbes

dans le bassin de retenue et en aval de celui-

ci, qui nuit au déversement des eaux du

barrage, à l’irrigation et à la navigation et qui

met en péril les ressources halieutiques et

accroît les pertes en eau par

évapotranspiration.

Enlever préalablement la végétation

ligneuse dans l’aire d’inondation

(enlèvement des éléments nutritifs);

Prévoir des mesures de désherbage;

Faucher les herbes et les recycler en

compost, en fourrage ou en biogaz;

Régulariser la surface inondée et

gérer les niveaux d’eau afin d’enrayer la

croissance des mauvaises herbes.

Détérioration de la qualité de l’eau

dans le bassin de retenue.

Enlever préalablement la végétation

ligneuse dans l’aire d’inondation ;

Contrôler l’utilisation des terres, les

déversements d’eaux usées et l’application

d’engrais et de pesticides dans le bassin

versant ;

Limiter la période de rétention des

eaux du bassin de retenue ;

Assurer des relâchements à niveaux

multiples pour éviter le déversement

d’eau anoxique.



Sédimentation dans le bassin de

retenue et diminution de sa capacité de

stockage

Contrôler l’utilisation des terres

situées dans le bassin versant en amont du

barrage (pour éviter, en particulier, la

conversion des forêts en terres agricoles).

Reboiser ou adopter des mesures de

conservation des sols dans les bassins

versants (effet limité).

Enlever les sédiments par voie

hydraulique (curage, vannage,

déclenchement de courants de densité).

Accumulation de sédiments à l’entrée

du bassin de retenue

provoquant un refoulement d’eau, une crue

et une inondation en amont.

Enlever les sédiments grâce aux

méthodes de curage et de vannage.

Récurage du lit du cours d’eau en aval

du barrage

Élaborer une méthode efficace de

piégeage et de relâchement des sédiments

(curage et vannage des sédiments), de

manière à accroître la teneur en sel de l’eau

déversée du barrage

Déclin de l’agriculture de décrue.

Régler le déversement de l’eau du

barrage pour reproduire, au mieux, les

crues naturelles.

Perturbation des ressources

halieutiques des cours d’eau, en raison des

changements apportés au débit; arrêt de la

migration des poissons et altération de la

qualité de l’eau et de ses aspects physiques et

biologiques.

Maintenir, au moins, un débit

minimum pour les ressources halieutiques;

Prévoir des échelles à poissons ou

d’autres moyens de passage et une protection

des frayères ;

Développer l’aquaculture et des

réservoirs halieutiques pour compenser les

pertes.

Déchirement des filets de pêche dans

les bassins de retenue envahis par la

végétation

Enlever, de façon sélective, la

végétation avant submersion.



Augmentation des maladies liées à

l’eau.

Concevoir et gérer le barrage de

manière à restreindre les conditions qui

rendent propices la transmission des

maladies ;

Maîtriser les vecteurs de maladies

Appliquer des mesures de

prophylaxie et traiter les maladies.

Conflits des demandes d’utilisation

des ressources en eau.

Planifier et gérer le barrage

conformément aux programmes de

développement régionaux;

Répartir équitablement les ressources

en eau entre les grands et les petits

propriétaires ainsi qu’entre les divers

secteurs de la vallée.

Perturbation sociale et diminution de

la qualité de vie des communautés déplacées.

Maintenir la qualité de vie des

populations en veillant à ce que les

ressources disponibles soient au moins

égales à celles auxquelles elles avaient accès;

Les doter de services sociaux et

sanitaires.

Dégradation de l’environnement

causée par une pression accrue exercée sur

les terres.

Choisir un site de réinstallation des

populations où la capacité de charge des

terres ne soit pas dépassée ; Accroître la

productivité ou améliorer la gestion des

terres (agricoles, pastorales et forestières)

pour répondre à l’augmentation des

populations.

Perturbation ou destruction des tribus

ou des groupes autochtones.

Éviter la dislocation du tissu social et,

en cas de force majeure, réinstaller les

populations dans une région où elles

pourront préserver leur mode de vie et leurs

traditions.



Élévation de l’humidité dans l’air et

accroissement de la fréquence du brouillard

dans la région, créant un milieu propice à la

prolifération d’insectes vecteurs de maladies

(tels que les moustiques et la mouche tsé-

tsé).

Contrôler les vecteurs de transmission

des maladies.

Migration incontrôlée de populations

dans le secteur rendu accessible par les

routes et les lignes de transmission.

Limiter l’accès, développer les

activités rurales et fournir des services de

santé afin de réduire autant que possible les

impacts.

Problèmes d’environnement créés par

le développement induit par la construction

du barrage (agriculture irriguée, industries,

croissance urbaine).

Concevoir un plan intégré de

développement du bassin versant en vue

d’éviter le gaspillage, des usages abusifs et

des conflits d’utilisation des ressources en

eau et des terres.

Mauvaise gestion des terres dans la

surface de captage des eaux, en amont du

bassin de retenue, provoquant un excès

d’envasement et une altération de la qualité

de l’eau.

Porter les efforts sur l’aménagement

des terres et du bassin versant.

Tableau 34: Les mesures d'atténuation pour chaque impacts

5.2. ETUDE FINANCIERE

Cette étude permet de trouver le coût estimatif du projet.

5.2.1. Devis quantitatif des matériaux

Le but est de déterminé les quantités des matériaux nécessaires pour la construction pour

pouvoir les évaluer

5.2.1.1. Les matériaux pou remblais

A travers le profil en travers et le vue en plan du barrage, on peut tirer le volume des remblais

pour le barrage.

Après le calcul de cubature (Annexe 3) on trouve dans le tableau suivant le volume pour le

remblai de chaque barrage.



volume des remblais [m 3]

Barrage B1 B2 B3

volume 174 985 43 952 84 005

Total 302 942

Tableau 35: Volume des remblais pour les trois barrages

5.2.1.2. Les matériaux de protection des talus à l’amont

Ce sont les matériaux qui recouvrent le barrage sur son paroi en amont.

L’épaisseur de la mise en œuvre est de 1 m et la surface totale couverte et le volume des

matériaux sont donnée par les tableaux suivant. La méthode de calcul est en annexe

Surface couverte [m2]

Barrage B1 B2 B3

Surface 6 190,77 2 402,31 4 817,29

Tableau 36: Surface couverte du talus amont des barrages

Volume des matériaux de protection amont [m 3]

Barrage B1 B2 B3

Volume 6 191 2 403 4 818

Total 13 412

Tableau 37: Volume des matériaux de protection des talus amont



5.2.1.3. Les matériaux de protection des talus à l’aval

Ce sont les matériaux qui recouvrent et protègent le talus aval du barrage. Vu que les fruits sont

les mêmes pour l’amont et l’aval de chaque barrage, alors la surface couverte en aval est la

même que sur l’amont.

L’épaisseur de mise en œuvre pour l’aval est de 0,30 m. Le tableau ci-dessous nous montre le

volume des matériaux nécessaire.

Volume des matériaux de protection aval [m 3]

Barrage B1 B2 B3

Volume 1 858 721 1 446

Total 4 025

Tableau 38/Volume des matériaux de protection des talus AVAL

5.2.1.4. Les matériaux pour la couche de surface

C’est la couche de surface qu’on met sur la largeur de crête du barrage dont l’épaisseur est de

0,5 m. le volume des matériaux sont ramenés dans le tableau suivant

Volume des matériaux sur la couche de surface [m 3]

Barrage B1 B2 B3

Volume 770 173 554

Total 1 397

Tableau 39: Volume des matériaux pour la crête

5.2.1.5. Les matériaux pour le déversoir de sécurité

Les matériaux à mettre sur les parois de l’évacuateur de crue sont les mêmes que les matériaux

de protection des talus amont des barrages qui ont une épaisseur de 1m. Les détails de calcul

sont dans l’annexe.



Volume des matériaux sur le déversoir de sécurité

Barrage B1 B2 B3

Volume 956 945 381

Total 2281

Tableau 40:Volume des matériaux sur le déversoir de sécurité

5.1.1. Devis estimatif du projet

Le coût de la construction des barrages est donné par le tableau suivant.

Désignation Unité Quantité Prix unitaire Montant Total

Installation et repli de chantier Fft 1 1 972 464 900 1 972 464 900

Matériaux pour remblai m3 302942 40 000 12 117 680 000

Matériaux de protection des talus amont

m3 13412 52 000 697 424 000

Matériaux de protection des talus aval

m3 4025 45 000 181 125 000

Matériaux sur la crête m3 1397 25 000 34 925 000

Matériaux sur la paroi des déversoirs de sécurité

m3 2281 52 000 118 612 000

pertuis m 264 5 000 000 1 320 000 000

Total HTVA 16 442 230 900

TVA 20% 3 288 446 180

Total TTC 19 730 677 080

D’après ce devis, on estime le coût du projet dans le cas où les ouvrages ne sont pas équipés à

des vannes (pertuis ouvert) à « DIX NEUF MILLIARD SEPT CENT TRENTE MILLION SIX

CENT SOIXANTE DIX SEPT MILLE QUATRE VINGT ARIARY »


DISCUSSION

Le présent thème de mémoire que nous avons traités relève des discussions pertinentes sur la

limite de l’étude, les conditions si on réalise le projet et les difficultés trouvés pendant l’étude.

Cette étude joue un rôle très important sur la vie et l’avenir de la capitale et même pour tout le

pays car c’est un projet d’envergure national.

Cette étude sommaire que nous avons effectuée se limite par quelques facteurs, par exemple sur

le plan topographique, il est impossible de faire des levés topographiques exhaustifs des terrains

en amont des barrages car c’est tellement vaste et étendue. Donc la solution est d’exploiter les

données et images satellitaires comme nous l’avons déjà fait sur la fabrication du MNT mais de

façons plus précis. Il est donc nécessaire d’avoir un MNT à grande pixels qui est en ce moment

très difficile de l’avoir.

De plus, pour la réalisation de ce projet, toute la partie que nous avons étudiée sur cet ouvrage

devrait être l’objet des études minutieux et détaillé et étudié séparément. Donc chaque partie tel

que l’étude hydrologique, le MNT, l’étude des barrages, l’étude d’impact environnemental et

l’étude économique doit être traité indépendamment.

Pour avoir plus de profit et plus de rentabilité au projet, il est préférable de mettre une vanne sur

le pertuis, d’où on peut utiliser l’eau en amont de façons différente. Le mieux et le plus pratique

est de mettre des vannes automatiques comme les vannes de types AVIO qui ont des

caractéristiques très intéressant pour notre cas. Ces caractéristiques sont détaillées en annexe 4.


CONCLUSION

Bref, un des meilleures solutions et aussi la condition préalable d’une urbanisation durable de

l’agglomération d’Antananarivo reposent sur la mise en place des barrages écrêteurs de crue en

amont de l’Ikopa, de Mamba et de la Sisaony. En plus de l’atténuation des inondations, ces

barrages peuvent être utilisés à d’autres usages et facilitent la gestion de l’eau comme l’irrigation

et l’adduction en eau potable.

L’étude que nous avons effectuée nous permet de déduire que pour protéger la ville

d’Antananarivo contre les crues de fréquence décennale, il faut mettre un barrage de 21 m en

amont de l’Ikopa et 13 m pour celle de la Sisaony et de Mamba. Ces trois barrages peuvent

contenir ensemble 80 millions m3 d’eau avec des pertuis ouvert qui peuvent chacun évacuer un

débit maximal dont le lit mineur de la rivière en aval peut contenir. Les barrages seront réalisés

en terre homogène.

Après l’étude hydrologique, l’utilisation des logiciels SIG (MapInfo et ArcGis) sont

indispensable pour la construction des MNT de chaque zone d’étude qui nous sert à déterminer

les volumes des retenues, les surfaces inondés en amont et surtout le calage des barrages.

Cependant, en cas d’usage multiple des barrages, on peut équiper à ces barrages des vannes

maniables sur les pertuis, ou bien mettre en place un batardeau en amont du barrage pour garder

une certaine hauteur d’eau dans la retenue et qui peut rentabiliser de plus le projet.

Or, en cas des crues extrêmes, les barrages peuvent êtres submerger, alors d’autres solutions

doivent êtres engendrés comme le déroctage ou élargissement du seuil de Bevomanga, mais ceci

doit être accompagné d’un barrage amovible pour maintenir le niveau de la nappe phréatique

actuelle de la ville d’Antananarivo.


Bibliographie

1) Christine POULARD et Paul ROYET 2005, « Enseignements de retours d'expériences de

barrages a pertuis ouverts de 1905 à nos jours »

2) CEMAGREF Septembre 2004 « Ralentissement dynamique pour la prévention des

inondations »

3) CFBR juin 2013, « Recommandation pour le dimensionnement des évacuateurs de crues

de barrages »

4) LOUIS DURET, « Estimation des débits de crue à Madagascar »

5) Pierre CHAPERON ; Joël DANLOUX et Luc FERRY, « Fleuves et rivières de

Madagascar »

6) EUDORA Group 2014 « Atlas Analamanga »

7) EUDORA Group 2014 « Diagnostic territorial Analamanga »

8) EUDORA Group 2014 « Etats des lieux Analamanga »

9) Joël DANLOUX ; ORSTOM 1991 « Madagascar étude des crues. Les données

d’observations et estimation des débits maximums »

10) Ministère de l’Agriculture de l’Elevage et de la Pêche (MAEP) Juin 2013, « Monographie

de la région d’Antananarivo »

11) Paul ROYET, Gérard DEGOUTTE Janvier 2009, « cotes et crues de protection, de sureté

et de danger de rupture »

12) CFBR Octobre 2012, « Recommandations pour la justification de la stabilité des barrages

poids »

13) Yvain BOUBEE Janvier 2006, « Ralentissement dynamique des crues »

14) GIGLEUX Sylvain ; REYNAUD Nicolas, Janvier 2003, « Dimensionnement d’une

retenue d’eau, proposition d’une règle de gestion »

15) JP CHEREL 2010, « Création d’un Modèle Numérique de Terrain raster »

16) HERS Favre 2008, « Le modèle Numérique de Terrain »

17) H. JOSSEAUME « les digues en terre »

18) A. FAGNOUL, « Etude de la construction et stabilités des barrages en terre »


Webographie

http://www.wikipedia.org

http://www.thèsemalgacheonline.com

http://www.kaowarsom.be

http://www.iut.u-bordeaux1.fr

http://www.pentes-tunnels.eu

http://www.geotech-fr.org

http://www.eptb-loire.fr

http://www.hydrostec.com.br

http://www.halarchives-ouvertes.fr

http://www.barrages-cfbr.eu

http://www.ebanque-pdf.com

http://www.terrasol.com

http://www.kaowarsom.be/

http://www.iut.u-bordeaux1.fr/

http://www.pentes-tunnels.eu/

http://www.geotech-fr.org/

http://www.eptb-loire.fr/

www.hydrostec.com.br

www.halarchives-ouvertes.fr

www.barrages-cfbr.eu

www.ebanque-pdf.com

www.terrasol.com

ANNEXE


ANNEXE

ANNEXE

i


Annexe 1 Pluviométrie maximale journalière d’Antananarivo

Pluviométrie max 24h

Année Pmax24 (mm) Année Pmax24 (mm)

1933 106,5 1982 147

1934 81,2 1983 67

1935 10,6 1984 99

1936 94,7 1985 77

1937 66,7 1986 73

1938 133,3 1987 140

1941 132,5 1988 82

1961 67 1989 98

1962 85 1990 42

1963 73 1991 62

1964 75 1992 57

1965 70 1993

1966 105 1994

1967 65 1995

1968 63 1996

1969 73 1997

1970 69 1998

1971 84 1999

1972 89 2000 128

1973 82 2001 76,5

1974 67 2002 67,3

1975 128 2003 93

1976 52 2004 78,2

1977 78 2005 57,7

1978 115 2006 54,8

1979 89 2007 81

1980 78 2008 87,2

1981 132 2009 57,1

ANNEXE

ii


Annexe 2 Démonstration de la valeur du paramètre c

On sait que la formule donnant le débit d’un écoulement sortant d’un orifice en charge est

𝑄 = 𝑐 𝑆 √2𝑔𝐻

D’où

𝑆 =𝑄

𝑐 √2𝑔𝐻

Ce qui pose de problème, dans cette équation, est la valeur du paramètre 𝑐 que l’on va déterminer

par la suite.

On sait que, d’autre part, la perte de charge totale dans le système d’évacuation peut se traduire

par :

𝐽 = 𝑉2

2𝑔(∑ 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑓𝑝𝑑𝑐 𝑙𝑖𝑛 + ∑ 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑓𝑝𝑑𝑐 𝑠𝑖𝑛𝑔) =

𝑉2

2𝑔 (𝜆

𝐿

𝐷+ ∑ 𝜀𝛿)

Et

𝑉 = 𝑐 √2𝑔𝐻

En outre, le théorème de Bernoulli appliqué entre la surface libre de la retenue et la sortie de

l’orifice en aval nous permet d’écrire :

𝑝𝐴

𝜌𝑔+ 𝑧𝐴 +

𝑉𝐴2

2𝑔=

𝑝𝐵

𝜌𝑔+ 𝑧𝐵 +

𝑉𝐴2

2𝑔+ 𝐽

Or,

𝑝𝐴

𝜌𝑔=

𝑝𝐵

𝜌𝑔 , et 𝑉𝐴 = 0 (retenue d’eau en amont supposé immobile)

Et d’autre part, on sait que :

𝑉𝐴 = 𝑉 et (𝑧𝐴 − 𝑧𝐵) = 𝐻

Soit au final :

𝐻 =𝑉2

2𝑔+ 𝐽

En liant les formules, on peut aisément en déduire l’expression de 𝑐 qui est :

ANNEXE

iii


𝑐 = √1 −𝐽

𝐻

Avec

𝐽 = 𝑐² 𝐻 (𝜆𝐿

𝐷+ ∑ 𝜀𝛿)

On aboutit finalement à l’expression :

𝑐 = √1

1 + (𝜆𝐿𝐷

+ ∑ 𝜀𝛿)

𝝀𝑳

𝑫 est le coefficient de perte de charge linéaire, et 𝝀 est déterminé à partir du diagramme de

Moody en fonction de la rugosité relative de la conduite et du nombre de Reynolds 𝑅𝑒 de

l’écoulement.

Avec :

𝑅𝑒 =𝑉𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑓 𝐷

𝜈

𝑉𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑓 = 0,6 √2𝑔𝐻.

Où 𝜈 = 1,15 10−6 𝑚²/𝑠 (viscosité cinématique de l’eau).

∑ 𝜺𝜹 est la somme des coefficients de perte de charges singulières, qui comprend les pertes de

charges à l’entrée et la sortie de l’orifice ainsi que les singularités dans le cheminement

intermédiaire.

𝑫 Est le diamètre de la conduite d’évacuation.

Annexe 3 Cubature

ANNEXES

iv


CUBATURE DU BARRAGE B1 [m3]

BARRAGE PERTUIS SEUIL

H B b L l D Lc Bs bs Hs Ls

21 52,5 7 95 20 3,62 112 15 7 6 18,7

V1 139650 1152,138848 785,4

V2 13965 1683

V3 2940

V4 22050

V 178605 1152,138848 2468,4

V Total 174984,4612

Tableau 41: Cubature B1

CUBATURE DU BARRAGE B2



13 39 4,5 47,5 20 3,27 82,5 9 4,5 3 38,38

V1 32110 692,4989363 518,13

V2 2778,75 1036,26

V3 1170

V4 10140

V 46198,75 692,4989363 1554,39

V Total 43951,86106

Tableau 42: cubature B2

ANNEXES

v


CUBATURE DU BARRAGE B3



13 32,5 4,5 121 20 2,3 69,5 7,5 4,5 3 15,8

V1 68163,33333 288,609175 213,3

V2 7078,5 355,5

V3 1170

V4 8450

V 84861,83333 288,609175 568,8

V Total 84004,42416

Tableau 43: Cubature B3

Talus B1

barrage Pertuis seuil épaisseur

L l h D Ls hs amont aval

95 20 56,55 3,62 18,7 16,16

1 0,3 S1 1131 10,286954 302,192

S2 5372,25

S 6503,25

S totale 6190,771046

V amont 6190,771046

V aval 1857,231314

Tableau 44: Volume des matériaux pour la protection des talus B1

ANNEXES

vi


Talus B2



47,5 20 41,11 3,27 38,38 9,49

1 0,3 S1 822,2 8,3939265 364,2262

S2 1952,725

S 2774,925

S totale 2402,304874

V amont 2402,304874

V aval 720,6914621

Tableau 45 : Volume des matériaux pour la protection des talus B2

Talus B3



121 20 35,1 2,3 15,8 8,08

1 0,3 S1 702 4,15265 127,664

S2 4247,1

S 4949,1

S totale 4817,28335

V amont 4817,28335

V aval 1445,185005

Tableau 46: Volume des matériaux pour la protection des talus B3

ANNEXES

vii


Tableau 47: Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B1

Crête B2

L lc ls e

115 4,5 38,38 0,5

Surface 344,79

Volume 172,395

Tableau 48:Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B2

Crête B3

L lc ls e

262 4,5 15,8 0,5

Surface 1107,9

Volume 553,95

Tableau 49:Volume des matériaux pour la surface des crêtes de B3

Déversoir B1

L H l C e

18,7 6 37 7 1

S1 691,9

S2 42

S3 222

SURFACE 955,9

VOLUME 955,9

Tableau 50: Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B1

Crête B1

L lc ls e

210 7 18,7 0,5

Surface 1339,1

Volume 669,55

ANNEXES

viii


Déversoir B2

L H l C e

38,38 3 22,5 4,5 1

S1 863,55

S2 13,5

S3 67,5

SURFACE 944,55

VOLUME 944,55

Tableau 51:Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B2

Déversoir B3

L H l C e

15,8 3 19,5 4,5 1

S1 308,1

S2 13,5

S3 58,5

SURFACE 380,1

VOLUME 380,1

Tableau 52:Volume des matériaux pour le déversoir de sécurité de B3

ANNEXES

ix


Annexe 4 Les vannes AVIO

Les vannes AVIO sont des vannes automatiques, elles règlent le niveau d’eau aval

indépendamment de leur ouverture, du niveau amont d’eau amont et du débit sollicité. Cette

caractéristique est obtenue grâce à une seule pièce mobile articulée autour d’un axe. L’absence

de tout type de commande a donné à cet équipement d’excellentes qualités de précision, de

robustesse et de sécurité de fonctionnement. A part le fait de régler de façon constante le niveau

d’eau aval, la vanne AVIO possède une vanne de garde qui sert à manipuler pour l’utilisation en

amont.

Principe de fonctionnement des vannes AVIO

Les vannes AVIO sont constituées d’un tablier cylindrique de section trapézoïdale, d’une

charpente avec ses paliers d’un flotteur torique et d’un contre poids.

L’axe d’articulation à la cote duquel s’établit le nouveau réglé coïncide avec les centres du

cylindre, du tablier et du flotteur. Le contre poids fixé à la structure permet de mettre le centre

de gravité de la partie mobile en position idéale pour l’équilibrage de la vanne.

La poussée hydraulique sur la vanne passe par l’axe d’articulation sans interférer sur l’équilibre

de l’ensemble. Les uniques forces qui mettent l’ensemble en mouvement sont les couples dues

au poids P et à la poussée d’Archimède F sur le flotteur.

La vanne est équilibré de façon à ce que les couples P et F soient égaux et opposés pour toutes

les positions du tablier, lorsque le niveau d’eau aval est à la côte de l’axe d’articulation.

Lorsque le niveau d’eau aval ne coïncide pas avec la côte de l’axe d’articulation, l’équilibre ci-

dessus est interrompu et la position de la vanne est définie de la façon suivante :

- Si la consommation d’eau diminue, le niveau d’eau aval augmente et la vanne se ferme

jusqu’à une position telle qui permette le passage du débit consommé de façon à ce que

le niveau d’eau aval coïncide avec la cote de l’axe d’articulation de manière à rétablir

l’équilibre de l’ensemble.

- Si la consommation d’eau augmente, le niveau d’eau aval diminue et la vanne s’ouvre

jusqu’à la position telle qui rétablit l’équilibre de l’ensemble. Cet équilibre est atteint

quand le niveau d’eau aval est le même que celui de la côte de la cote de l’axe de

l’articulation.

La figure suivante nous illustre ces principes.

ANNEXES

x


Figure 37: Principe de fonctionnement des vannes AVIO

Figure 38: Schéma des vannes AVIO

xi


REMERCIEMENTS ............................................................................................................

DECLARATION SUR L’HONNEUR ......................................................................................

AVANT-PROPOS ............................................................................................................ 1

INTRODUCTION ............................................................................................................ 1

PARTIE 1 : GENERALITE ET MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE ...............3

1.1. LE SYSTEME HYDRAULIQUE DE LA VILLE D’ANTANANARIVO ..................4

1.1.1. L’inondation d’Antananarivo ................................................................................ 4

1.1.2. Le système de protection actuelle ....................................................................... 5

1.1.2.1. Les bassins tampons ......................................................................................... 5

1.1.2.2. Le système de drainage .................................................................................... 5

1.1.2.3. L’annonce des crues ......................................................................................... 6

1.1.3. Les problèmes ...................................................................................................... 6

1.1.4. Hydrographie du Grand Tana ............................................................................... 7

1.1.4.1. La rivière Ikopa ................................................................................................. 7

1.1.4.2. La rivière Sisaony .............................................................................................. 8

1.1.4.3. La rivière Mamba .............................................................................................. 8

1.2. MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE .............................................................10

1.2.1. Présentation et contexte général de la zone d’étude ........................................ 10

1.2.2. Identification et choix du site du projet ............................................................. 13

1.2.2.1. Site du barrage pour l’Ikopa ........................................................................... 13

1.2.2.2. Site du barrage pour la rivière Sisaony .......................................................... 14

1.2.2.3. Site du barrage pour la rivière Mamba .......................................................... 15

1.2.3. Les zones d’études ............................................................................................. 18

1.2.3.1. Milieu physique .............................................................................................. 18

a. Relief ............................................................................................................... 18

b. Pentes ............................................................................................................. 19

c. Géologie ......................................................................................................... 20

d. Climat ............................................................................................................. 20

1.2.3.2. Occupation du sol ........................................................................................... 21

1.2.3.3. Les zones humides .......................................................................................... 22

1.2.3.4. Population ...................................................................................................... 23

PARTIE 2 : ETUDE HYDROLOGIQUE ..........................................................................24

2.1. LE BASSIN VERSANT .............................................................................................25

2.1.1. Définition ............................................................................................................ 25

2.1.1.1. Bassin versant topographique ........................................................................ 25

2.1.1.2. Bassin versant hydrogéologique .................................................................... 25

2.1.2. Délimitation du bassin versant ........................................................................... 26

2.1.3. Caractéristiques du bassin versant .................................................................... 31

2.1.3.1. La surface du bassin versant .......................................................................... 31

2.1.3.2. La forme du bassin versant ............................................................................ 31

2.1.3.3. Le plus long cheminement hydraulique ......................................................... 31

xii


2.1.3.4. Les altitudes caractéristiques ......................................................................... 32

2.1.3.5. La pente du BV ............................................................................................... 32

2.1.3.6. Le temps de concentration ............................................................................ 33

a. PASSINI ........................................................................................................... 33

b. VENTURA ........................................................................................................ 33

c. CALIFORNIENNE ............................................................................................. 33

2.2 ETUDE DES CRUES .................................................................................................34

2.2.1. Définition ............................................................................................................ 34

2.2.2. Méthode utilisée pour l’estimation des débits de crues ................................... 34

2.2.2.1. Traitement de la pluviométrie maximale journalière .................................... 34

2.2.2.2. Calcul des pluies de diverses fréquences ....................................................... 35

2.2.3. Calculs des débits de diverses fréquences ......................................................... 36

2.2.3.1. Méthode de LOUIS DURET ............................................................................. 37

2.2.3.2. Méthode ORSTOM ......................................................................................... 38

2.2.3.3. Méthode des Stations de Référence .............................................................. 39

2.2.3.4. Etude fait par SOMEAH .................................................................................. 40

PARTIE 3 : MNT ET RESERVOIRS ................................................................................42

3.1. LE MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN .............................................................43

3.1.1. Définition ............................................................................................................ 43

3.1.2. Utilisation d’un MNT .......................................................................................... 43

3.1.3. Mode de construction d’un MNT ....................................................................... 43

3.1.3.1. Méthodologie de construction du MNT pour notre étude ............................ 43

3.1.3.2. Démarche à suivre .......................................................................................... 44

a. Acquisition des données ................................................................................ 44

b. Vectorisation de la zone d’étude ................................................................... 44

c. Intégration des données altimétriques relatives de Google Earth vers le

vecteur précédemment créé. ................................................................................. 44

d. Rastérisation de la topologie.......................................................................... 44

e. Contouring ...................................................................................................... 44

3.1.4. MNT de nos trois zones d’études ....................................................................... 44

3.1.4.1. Acquisition des données ................................................................................ 44

3.1.4.2. Résultats obtenus ........................................................................................... 46

3.2. RESERVOIRS ET IMPLANTATION DU BARRAGE ............................................53

3.2.1. Réservoirs ........................................................................................................... 53

3.2.1.1. Volume à stocker pour différents crues de période de retour donnée ......... 53

3.2.2. Hauteur des barrages et surface inondé en amont pour chaque crue de période

de retour donnée ............................................................................................................... 56

PARTIE 4 : ETUDE DES BARRAGES .............................................................................61

4.1. GENERALITES SUR LES BARRAGES ...................................................................62

4.1.1. Définition ............................................................................................................ 62

4.1.2. Classification des barrages ................................................................................. 62

xiii


4.1.2.1. Les barrages construits en matériaux durs (ouvrages rigides) ...................... 62

a. Les barrages poids .......................................................................................... 62

b. Les barrages voûtes ........................................................................................ 63

4.1.2.2. Les barrages en matériaux meubles (ouvrages souples) ............................... 64

a. Barrage Homogène ........................................................................................ 64

b. Barrage en enrochements .............................................................................. 65

c. Barrage zoné ou à noyau ................................................................................ 65

4.1.3. Le barrage écrêteur de crue ............................................................................... 66

4.1.3.1. Principe de fonctionnement........................................................................... 66

4.1.3.2. Impacts ........................................................................................................... 68

4.1.3.3. Cas d’un barrage a vocation multiple ............................................................ 68

4.1.3.4. Les caractéristiques ........................................................................................ 69

4.1.3.5. Les différentes cotes du barrage .................................................................... 69

a. La Cote normale d’exploitation d’un barrage ou cote RN ............................. 70

b. La cote et crue de protection ......................................................................... 70

c. La cote et crue de sureté ................................................................................ 70

d. La cote et crue de danger de rupture ............................................................ 70

4.1.4. Choix du type de barrage à mettre en place ..................................................... 71

4.1.4.1. Barrage en terre homogène ........................................................................... 71

4.2. DIMENSIONNEMENT DU BARRAGE ...................................................................72

4.2.1. Le pertuis de fond .............................................................................................. 72

4.2.2. Le déversoir de sécurité ..................................................................................... 73

4.2.3. Détermination de chaque cote du barrage ........................................................ 75

4.2.4. Revanche ............................................................................................................ 75

4.2.4.1. Hauteur des vagues ........................................................................................ 76

4.2.4.2. Vitesse des vagues .......................................................................................... 76

4.2.4.3. Revanche ........................................................................................................ 76

4.2.5. Largeur en crête du barrage ............................................................................... 78

4.2.6. Fruit des talus du barrage .................................................................................. 78

4.2.7. Longueur en crête du barrage ............................................................................ 79

4.2.8. Traitement de la fondation du barrage .............................................................. 86

4.2.8.1. Etanchéité de la fondation ............................................................................. 86

4.3. STABILITE .................................................................................................................87

4.3.1. Analyse de stabilité ............................................................................................ 87

4.3.1.1. Les actions ...................................................................................................... 87

a. Détermination des actions ............................................................................. 87

b. Les combinaisons des actions ........................................................................ 87

4.3.2. Etude de stabilité................................................................................................ 88

4.3.2.1. Méthode des tranches (glissement rationnel) ............................................... 88

4.3.2.2. Méthode de FELLENIUS et de BISHOP ........................................................... 89

a. FELLENIUS ....................................................................................................... 90

b. BISHOP ............................................................................................................ 91

xiv


PARTIE 5 : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET ETUDE FINANCIERE

93

5.1. ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL ..........................................................94

5.1.1. Introduction ........................................................................................................ 94

5.1.2. Etude environnemental ...................................................................................... 94

5.1.2.1. Mise en contexte du projet ............................................................................ 94

5.1.2.2. Identification des impacts .............................................................................. 95

a. Impacts potentiels sur l’environnement et le milieu social (Impacts généraux)

95

b. Effets hydrologiques et limnologiques ........................................................... 96

c. Problèmes sociaux .......................................................................................... 97

d. Pêche et espèces sauvages ............................................................................ 97

5.1.2.3. Analyse des impacts ....................................................................................... 98

5.1.2.4. Evaluation de l’importance des impacts ........................................................ 99

5.1.2.5. Mesures d’atténuations ............................................................................... 100

5.2. ETUDE FINANCIERE .............................................................................................104

5.2.1. Devis quantitatif des matériaux ....................................................................... 104

5.2.1.1. Les matériaux pou remblais ......................................................................... 104

5.2.1.2. Les matériaux de protection des talus à l’amont ......................................... 105

5.2.1.3. Les matériaux de protection des talus à l’aval ............................................. 106

5.2.1.4. Les matériaux pour la couche de surface..................................................... 106

5.2.1.5. Les matériaux pour le déversoir de sécurité ................................................ 106

5.1.1. Devis estimatif du projet .................................................................................. 107

DISCUSSION .............................................................................................................. 108

CONCLUSION ............................................................................................................ 109

Annexe 1 Pluviométrie maximale journalière d’Antananarivo .......................................... i

Annexe 2 Démonstration de la valeur du paramètre c ..................................................... ii

Annexe 3 Cubature ........................................................................................................... iii

Annexe 4 Les vannes AVIO ............................................................................................... ix

Principe de fonctionnement des vannes AVIO ........................................................ ix

15

NOM : RAKOTONDRABE

PRENOM : Manda Mirsaëls

Adresse : Lot 29 JD Ambohibary Sambaina Antsirabe 111

Contact : 034 29 246 86

E-mail : [email protected]

Titre du mémoire

« ETUDE DE LA MISE EN PLACE DE TROIS BARRAGES EN AMONT DE L’IKOPA,

POUR LA PROTECTION DE LA PLAINE D’ANTANANARIVO ET SES

AGGLOMERATIONS CONTRE L’INONDATION »

Nombre de pages : 110

Nombre de tableaux : 52

Nombre de figures : 38

Nombre de cartes : 13

RESUME

A chaque période de crue, l’inondation frappe la plaine d’Antananarivo et ses environs

constituant le val d’inondation de l’Ikopa et provoque beaucoup de dégâts. Or, la clef pour

l’urbanisation et le développement durable de la capitale repose sur ces espaces, donc

l’atténuation de l’inondation est nécessaire et joue un rôle primordial pour l’avenir de la ville et

ces agglomérations.

L’étude des trois barrages de rétention de crue en amont de l’Ikopa à 21m de hauteur, 13 m pour

Sisaony et Mamba nous permet de solutionner ce problème, ces barrages sont fait en terre

homogène et à pertuis ouvert ou vannés pour pouvoir exploiter en amont et protège la ville à des

crues de période de retour 10 ans. L’étude hydrologique, la construction du MNT et l’étude

d’impact environnemental nous permet d’arriver à ce résultat.

Etant une des meilleures solutions pour le développement et la protection de la capitale contre

l’inondation, ce projet mérite d’être adapter et réaliser.

Mots Clés

Débit décennal; inondation ; ecrêteur de crue ; MNT ; Barrage en terre

Directeur de mémoire : RAMBININTSOA Tahina

mailto:[email protected]

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