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Photos : La Chiers naturelle et canalisée dans son passage à Longwy ARTELIA Spécialité GENIE CIVIL CHAUVEINC Rémi, élève ingénieur de 5 ème année PROJET DE RÉFECTION ET DE DÉCOUVERTURE DE L'OUVRAGE HYDRAULIQUE SOUTERRAIN DE LA CHIERS SUR LA COMMUNE DE LONGWY

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Photos : La Chiers naturelle et canalisée dans son passage à Longwy ARTELIA

Spécialité GENIE CIVIL

CHAUVEINC Rémi, élève ingénieur de 5ème année

PROJET DE RÉFECTION ET DE DÉCOUVERTURE DE L'OUVRAGE HYDRAULIQUE SOUTERRAIN DE

LA CHIERS SUR LA COMMUNE DE LONGWY

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RAPPORT DE PFE

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REMERCIEMENTS

En premier lieu, je souhaite adresser mes plus sincères remerciements à M. Pierre-Etienne SCHNEEGANS, responsable du pôle hydraulique fluviale au sein de l’agence de Strasbourg du groupe ARTELIA, de m’avoir permis d’intégrer son équipe durant ce stage. Sa confiance dans mon travail m’a permis d’évoluer, tout au long de ces 20 semaines de transition entre le statut d’étudiant et celui d’ingénieur.

Ensuite, je tenais à remercier M. François GROUX, responsable de missions ouvrages hydrauliques et restaurations de cours d’eau, pour ses précieux conseils techniques et sa pédagogie. De même, je souhaite exprimer ma reconnaissance à l’ensemble de l’équipe ARTELIA présente à Strasbourg, de tous pôles, pour leurs conseils avisés et leur sympathie au quotidien.

Je désire également remercier mon tuteur de l’INSA de Strasbourg, M. Pierre REGENASS, Professeur ENSAM, pour son suivi régulier et pour ses encouragements ayant permis la concrétisation de ce projet.

Enfin, je souhaite remercier ma famille et mes proches pour leur fine relecture et leur soutien dans cette ultime étape de ma formation.

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Résumé

Les ouvrages hydrauliques couvrant la Chiers dans sa traversée de Longwy-Bas se trouvent dans un état de dégradation avancé. Un projet hydraulique et écologique ambitieux a donc été initié par la commune: la découverture de la Chiers avec création de berges renaturées en plein cœur de la ville. Deux parties peuvent être dégagées de ce projet : la mission de réfection de tronçons conservés d’une part (sur environ 600ml), et d’autre part la mission de découverture de la rivière suivie de la restauration d’un lit de la Chiers pseudo-naturel (sur environ 500ml).

La première partie concerne le domaine du Génie Civil, avec l’émission d’un diagnostic complet des dégradations présentes dans la structure de l’ouvrage (présence de bétons désagrégés, des aciers apparents et corrodés, des tâches d’humidité, etc.) et la définition de solutions de réparation ponctuelles des défauts. La seconde partie analyse le contexte urbain afin de délimiter les zones de découverture possibles, puis étudier le fonctionnement hydraulique de la Chiers. L’objectif est de recréer un lit se voulant le plus similaire au lit naturel de la Chiers, qui conserve le style fluvial et présente deux étages permettant un bon fonctionnement hydroécologique. Au final, deux scenarii d’aménagements sont proposés, le premier dit « minimal », où l’emprise de découverture est réduite au profit de quais permettant l’installation de terrasses et d’étals de marché, et le second scenario, où l’emprise maximale est dédiée à la rivière, avec création de petites zones humides, avec un adoucissement maximal des pentes où des cheminements pourraient descendre au niveau de la rivière.

Abstract

Hydraulic structures are covering the Chiers, a river located in the North-East of France, close to the border with Luxembourg. In the city of Longwy, the structures are damaged and threaten to cave in. Therefore, the city started an ambitious project in order to bring the Chiers back to the open-air in the centre of the town by restoring the river’s natural bed and banks. The objectives of the mission are to uncover about 500 linear meters of the structure, while repairing the other 600 linear meters.

We first made a thorough study of the structures, carefully checking the visible damages (disintegration of the concrete, lack of reinforcement cover, visible and corroded steel bars, dampness stains, etc.), and designing the optimal repair work to be done in that case. We then proceeded to perform an urban analysis in order to determine the areas needed for human activity (motorized and nonmotorized transportation, water supply system, electrical grid, etc.), and define the areas left to uncover the river. Then, a hydraulic study was conducted to size the most ecological river-bed, and restore the river to as natural a course as possible. Finally, two scenarios were designed: the first one reduces the river-plain to its minimum to take advantage of the space on the docks for market stands, and the second maximizes the area occupied by the river and would create gentle slopes to favour the development of river side vegetation such as riparian forest.

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SOMMAIRE

INTRODUCTION ...................................................................... 1

1. PRESENTATION GENERALE DU PROJET ........................ 3

1.1. PRESENTATION DU MARCHE .......................................................... 3

1.2. MARCHE DE MAITRISE D’ŒUVRE .................................................. 4 1.2.1. INTRODUCTION ....................................................................................... 4 1.2.2. PRESENTATION DU GROUPEMENT ............................................................ 4 1.2.3. MISSIONS DU MARCHE ............................................................................. 5 1.2.4. PLANNING INITIAL DE LA MOE : ............................................................... 5

1.3. PRESENTATION DE L’OUVRAGE ..................................................... 6

1.4. ETAT DE L’OUVRAGE .................................................................. 10

2. REHABILITATION DE L’OUVRAGE EXISTANT ............... 12

3. RESTAURATION DE LA CHIERS DANS SA TRAVERSEE DE LONGWY .................................................................. 13

3.1. CONTRAINTES LIEES AUX RESEAUX SOUTERRAINS ........................ 13 3.1.1. ANALYSE DES CONTRAINTES ................................................................. 14 3.1.2. CONCLUSION ........................................................................................ 17

3.2. ETUDE HYDRAULIQUE ................................................................. 18 3.2.1. MODELE DE L’OUVRAGE EXISTANT ......................................................... 19 3.2.2. RESULTATS DE LA MODELISATION ......................................................... 23 3.2.3. DIMENSIONNEMENT DU LIT NATUREL DE LA CHIERS ................................ 26 3.2.4. PREMIERS AMENAGEMENTS IMAGINES ................................................... 34

4. SUITE DU PROJET ET BILAN PERSONNEL ................... 36

4.1. SUITE DU PROJET DE DECOUVERTURE ......................................... 36

4.2. BILAN PERSONNEL DU PROJET DE FIN D’ETUDES ......................... 36

BIBLIOGRAPHIE ................................................................... 37

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LISTE DES PLANS

Plan 1 – Situation géographique et structure des tronçons ....................................................................... 8

LISTE DES FIGURES

Figure 1 - Branches d’activité d’ARTELIA ................................................................................................. 1

Figure 2 - Plan de localisation de l'ouvrage ............................................................................................... 3

Figure 3 - Planning de la Maîtrise d'œuvre ................................................................................................ 5

Figure 4 - Plan de situation ........................................................................................................................ 6

Figure 5 - Chronologie de la couverture .................................................................................................... 6

Figure 6 - Situation géographique des linéaires projettés ......................................................................... 9

Figure 7 - Dégradations sur le T1 ............................................................................................................ 10

Figure 8 - Dégradations sur le T4 ............................................................................................................ 10

Figure 9 - Dégradations et embâcles sur les T5 et T6............................................................................. 11

Figure 10 : Principe de pose de réseau sur ouvrage ............................................................................... 15

Figure 11 : Connexion entre l’assainissement et la Chiers ..................................................................... 16

Figure 12 - Loi cote/hauteur sous CAPRIS .............................................................................................. 19

Figure 13 - Notations sur lit mineur .......................................................................................................... 26

Figure 14 - Schéma de principe du lit mineur .......................................................................................... 28

Figure 15 - Végétation du lit rugueux ....................................................................................................... 28

Figure 16 - Vue d'aménagement potentiel place Leclerc ........................................................................ 33

Figure 17 - Vue d'aménagement potentiel place des Récollets .............................................................. 33

Figure 18 - Principe d’aménagement génie minéral ................................................................................ 34

Figure 19 - Schéma de principe d'aménagements des deux bras .......................................................... 35

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Résultat de la D.R. ................................................................................................................ 13

Tableau 2 - Etude de sensibilité du Strickler............................................................................................ 21

Tableau 3 - Diminution du Strickler en fonction du nombre de voiles ..................................................... 22

Tableau 4 - Strickler retenus .................................................................................................................... 22

Tableau 5 - Loi largeur du lit/hauteur d'eau ............................................................................................. 27

Tableau 6 - Hauteur d'eau dans le lit mineur ........................................................................................... 27

Tableau 7 - Loi Débit/Hauteur d'eau ........................................................................................................ 29

Tableau 8 - Loi Débit/Hauteur d'eau ........................................................................................................ 29

Tableau 9 - Récapitulatif des sections ..................................................................................................... 31

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INTRODUCTION

Le présent document a pour objet de présenter les premiers avancements dans mon Projet de Fin d’Etudes au sein du groupe ARTELIA.

ARTELIA est le résultat de l’union des entreprises COTEBA (spécialisée dans la construction) et SOGREAH (spécialiste des questions hydrauliques) en mars 2010. Ce rapprochement entre égaux a permis de faire converger les compétences des deux acteurs français de l’ingénierie afin de créer une entreprise leader dans l’ingénierie indépendante.

Aujourd’hui, le groupe regroupe plus de 2600 collaborateurs sur près de 100 sites en France et dans le monde.

Figure 1 - Branches d’activité d’ARTELIA

Le groupe est organisé en quatre branches principales : trois grands secteurs d’activité et le réseau des filiales internationales. Les trois grands secteurs, organisés en branches, gèrent les activités « France » et « export » du groupe.

Le capital d’ARTELIA est entièrement détenu par ses cadres et salariés. Ainsi, des mécanismes favorisant la transmission interne des actions et l’entrée de nouveaux cadres dans le capital permet le renouvellement régulier de l’actionnariat salarié, et ainsi d’impliquer les collaborateurs dans les décisions et les finances de l’entreprise.

Bâtiment et industrie ARTELIA International

Ville et transport Eau et environnement

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L’agence de Strasbourg regroupe environ 45 collaborateurs, divisés par ancienne affiliation (SOGREAH pour l’hydraulique et COTEBA pour la construction) et répartis en plusieurs pôles. Le côté hydraulique est lui-même sous-divisé en 3 pôles : hydraulique urbaine, aménagement durable, et celui où j’interviens, hydraulique fluviale.

Le projet pour lequel j’ai été retenu est intitulé « projet de réfection et de découverture de l’ouvrage hydraulique souterrain de la Chiers sur la commune de Longwy ». Ce document présentera tout d’abord l’ouvrage et les objectifs du projet d’amélioration confié à ARTELIA, puis exposera les travaux auxquels j’ai pu participer ou que j’ai pu réaliser durant les 20 semaines du stage. Enfin, je présenterai mon bilan personnel, avec les objectifs que j’ai pu atteindre dans ce projet.

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1. PRESENTATION GENERALE DU PROJET

1.1. PRESENTATION DU MARCHE

D’une longueur totale de 112 km, La Chiers est un affluent de la Meuse qui prend sa source de la commune de Differdange au Grand-Duché du Luxembourg. Elle passe par le sud-est de la Belgique avant d’entrer en Meurthe-et-Moselle, à Longlaville. Elle traverse plusieurs communes du département, dont Longwy, avant de rejoindre la Meuse en rive droite à Remilly-Aillicourt (Département des Ardennes).

Le bassin-versant de la Chiers a été nettement marqué par l’activité sidérurgique. En particulier, sur l’amont de son cours, elle pénètre sur le territoire français à Longlaville, à l’amont immédiat de Longwy qu’elle traverse sous couverture en deux ouvrages : l’OH 5 en amont et l’OH 6 en aval.

La Chiers a ainsi complètement disparu du paysage longovicien. Aussi, la Commune de Longwy étudie aujourd’hui la possibilité de sa réapparition partielle ou totale dans la traversée de Longwy-Bas.

Des études préalables ont été réalisées sur les tronçons couverts, et ont montré de nombreuses avaries. En 2010, le Syndicat Intercommunal d'Aménagement de la Chiers (SIAC) a lancé une étude avant-projet de la réfection de cet ensemble, réalisée par INGEROP. Ce travail a été présenté au Conseil Municipal de la Ville de Longwy qui s'est prononcé en date du 23 septembre 2010 pour une découverture partielle de l'ouvrage et une réfection des tronçons restant couverts

Cette mission a pour objectif le renforcement et la découverture partielle de la Chiers lors de son passage souterrain sous la ville de Longwy (bas). Les aménagements permettront un meilleur écoulement des eaux, d’assurer la sécurité des biens et des personnes (risque d'effondrement de la place principale), d’améliorer le fonctionnement naturel et l’état écologique de la rivière.

Figure 2 - Plan de localisation de l'ouvrage

OH 5

OH 6

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A noter que la municipalité souhaite saisir cette opportunité d’aménagement pour redynamiser et rendre plus attractive la partie basse de la Ville.

La maîtrise d’ouvrage souhaite à travers cette opération :

Améliorer l’écoulement hydraulique de la Chiers par la découverture de certains tronçons de l’ouvrage

Restaurer une continuité écologique de la Chiers, d’une part, par la découverture de l’ouvrage, et d’autre part, par la reconstitution végétalisée des berges, favorisation le développement d’une flore, d’essence locale ;

Recréer une « ligne bleue » au sein de la ville, par la reconquête de la rivière ;

Réhabiliter les parties d’ouvrage dégradées, du fait du vieillissement naturel des matériaux le constituant, des défauts d’exécution ou l’inadaptation de l’ouvrage aux fonctionnalités qui lui ont été imposées. Les causes éventuelles des dégradations seront traitées dans le cadre de la présente maîtrise d’œuvre et permettront de définir, les meilleures méthodes de reprise.

1.2. MARCHE DE MAITRISE D’ŒUVRE

1.2.1. INTRODUCTION

Le Syndicat Intercommunal d'Aménagement de la Chiers (SIAC), duquel la commune de Longwy est membre, a réalisé en 2006 une inspection de l'ouvrage hydraulique souterrain de la Chiers qui a révélé les nombreuses avaries qui ont été citées ci-dessus, dont certaines compromettent la sécurité de l'ouvrage. Suite à cette première inspection, le SIAC, sous couvert d'une maîtrise d'ouvrage déléguée, a mandaté le bureau d'étude INGEROP pour réaliser une étude avant-projet de la réfection de cet ensemble. Ce travail a été présenté au Conseil Municipal de la Ville de Longwy qui s'est prononcé en date du 23 septembre 2010 pour une découverture partielle de l'ouvrage et une réfection des tronçons restant couverts. Ce chantier est estimé à ce stade à 17,8 millions d'euros HT.

1.2.2. PRESENTATION DU GROUPEMENT

Le groupe ARTELIA a répondu à l’appel d’offre avec une équipe complète de cotraitants composée de:

- ARTELIA, bureau d’études, pour la direction de projet, la conception hydraulique, l’analyse Génie Civil, l’aspect hydromorphologique et sédimentologique, ainsi que pour le côté hydroécologique et de la biodiversité.

- GUELLE & FUCHS, géomètre expert, pour les relevés topographiques.

- HYDROGEOTECHNIQUE pour les sondages géotechniques.

- IN SITU, cabinet d’architectes urbaniste, pour les études des contraintes urbanistiques et le design des aménagements finaux.

- A VRAI DIRE LA VILLE, cabinet de communication, pour la gestion de la communication et de la concertation.

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La Commune de Longwy a ainsi mandaté le groupement SOGREAH - INSITU architecte – HYDROGEOTECHNIQUE – GUELLE&FUCHS pour la réalisation de Maîtrise d’œuvre des aménagements.

1.2.3. MISSIONS DU MARCHE

La mission de maîtrise d’œuvre vise à établir les phases DIAG, AVP, PRO, ACT, VISA, DET, AOR ainsi que des missions complémentaires (Études topographiques et bathymétriques, études géotechniques de niveau G0 à G4, études paysagères et urbaines et établissement des dossiers réglementaires, en particulier au titre du Code de l'Environnement, etc.).

1.2.4. PLANNING INITIAL DE LA MOE :

Le planning suivant a été réalisé grâce aux dates antérieures exactes, ainsi que les délais réglementaires fixés par la MOA.

L’intégralité du Projet de Fin d’Etudes est donc incluse dans la phase AVP du marché.

Etat d’avancement au 15 juin 2012

Figure 3 - Planning de la Maîtrise d'œuvre

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1.3. PRESENTATION DE L’OUVRAGE

Le développement de la Sidérurgie de la région a conduit à la canalisation de la Chiers sur des linéaires très importants, dont une partie se situe sur la commune de Longwy, faisant l’objet d’une couverture totale. Une partie des tronçons canalisée a retrouvé son court aérien, subsiste à l’heure actuelle deux tronçons couverts, à savoir, l’OH5 d’une longueur de 670 m et l’OH6 d’une longueur de 1 175 m, objet de la présente étude.

L'OH 6 a été construit sur plusieurs périodes s'étalant de 1911 à 1975. De ce fait, il présente une structure hétérogène et des sections variées. Il a donc été subdivisé en neuf tronçons, selon la variation de ses caractéristiques géométriques.

Figure 5 - Chronologie de la couverture

Figure 4 - Plan de situation

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Les différents tronçons tels que décrit au programme de l’opération sont les suivants :

Tronçon 1 : d’une longueur de 196 m, il est constitué d’un double cadre, d’ouvertures respectives égales à 7,50 m ;

Tronçon 2 : d’une longueur de 134 m, il est constitué d’un double cadre en béton armé, dont les traverses supérieures sont composées de poutrelles noyées dans un hourdis béton ;

Tronçon 3 : Ouvrage d’art en maçonnerie d’une longueur de 10 m constitué de trois voûtes, dont une est aujourd’hui entièrement remblayée ;

Tronçon 4 : d’une longueur de 100 m, il est constitué d’un double cadre, d’ouvertures respectives égales à 6 m ;

Tronçon 5 : d’une longueur de 20 m, il est constitué d’une dalle supporté par une poutraison et reposant sur deux piédroits en maçonnerie et deux files de poteaux intermédiaires ;

Tronçon 6 : d’une longueur de 36 m et d’une ouverture totale de 17m, il est constitué d’une dalle supporté par une poutraison et reposant sur trois piédroits en maçonnerie (dont un piédroit intermédiaire) et deux files de poteaux intermédiaires ;

Tronçon 7 : d’une longueur de 63 m, il est constitué d’une dalle supportée par des poutres en béton armé, reposant sur deux piédroits massifs et une file de piles intermédiaires espacées de 10 m ;

Tronçon 8 : d’une longueur totale de 149 m et d’une ouverture variant de 11 à 13 m, il est constitué d’une dalle supportée sur des poutres en béton armé, reposant sur deux piédroits massifs ;

Tronçon 9 : d’une longueur de 476m, il est constitué d’un double cadre en béton armé d’une ouverture totale de 10,40 m.

Comme il sera précisé dans la seconde partie de ce document, la structure exacte de certains tronçons n’est pas connue intégralement.

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Plan 1 Ŕ Situation géographique et structure des tronçons

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Afin d’atteindre ses objectifs, la maîtrise d’ouvrage à prévu les travaux suivants :

Le confortement des tronçons 1, 2 et 9 amont ;

L’expertise approfondie des tronçons 4 et 8, afin d’évaluer les possibilités de sa découverture à moyen terme ;

La découverture des tronçons 5, 6, 7 et 9 aval sur un linéaire total de 600 m.

N.B : le tronçon 3 correspond à l’ancien ouvrage de franchissement de la rue Pierre Albert Labro, ouvrage maçonné en bon état, qu’il n’est bien entendu pas envisagé de modifier étant donné qu’il supporte un axe de circulation central de Longwy.

Figure 6 - Situation géographique des linéaires projettés

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1.4. ETAT DE L’OUVRAGE

Comme nous avons déjà pu l’affirmer, l’ouvrage se trouve dans des états très disparates de conservation. Cela est dû aux différentes étapes de réalisation (7 étapes, comprises entre 1910 et 1977), ainsi que les problèmes de vieillissement structurels que cela implique.

Afin de mieux appréhender l’environnement de l’ouvrage, son état ainsi que pour relever des informations plus précises, j’ai pu parcourir l’ouvrage à pied avec 3 équipiers depuis l’aval jusqu’à l’entrée du tronçon 9. Un niveau d’eau trop élevé nous a empêché d’accéder à la partie la plus en amont de l’ouvrage. Néanmoins, sachant que ce tronçon est le plus récent, il se trouve dans un bon état et ne présente pas de dégradations majeures.

Les tronçons 1 et 2 ne présentent pas de dégradations mettant en jeu la stabilité de l’ouvrage. Toutefois, on rencontre des aciers apparents, des traces de calcite ainsi que des tâches d’humidité assez fréquentes.

Le tronçon 4 ne présente pas de dégradations pouvant mettre en péril l’ouvrage. On note quand même des défauts d’enrobage d’origine, de carbonatation du béton, ainsi que des problèmes de rebouchage et réparation d’anciens piquages.

Figure 8 - Dégradations sur le T4

Figure 7 - Dégradations sur le T1

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Les tronçons 5 et 6 présentent des dégradations importantes. Ces dégradations n’ont pas encore créées de sinistres visible car probablement, les éléments porteurs de l’ouvrage sont surdimensionnés. Les investigations à venir (topo, géotechniques, qualité béton) permettront dans le cadre de la présente maîtrise d’œuvre de connaître l’évolution de l’état des ouvrages par rapports aux constatations effectuées en 2006 notamment. De plus, certains travaux de confortement ont déjà été effectués (étaiement d’un poteau à la sortie du tronçon 5). L’éclatement des bétons rend quelques aciers porteurs complètement désenrobés. Certains affouillements du lit de la rivière au droit de poteaux menacent réellement la stabilité de l’ouvrage.

Figure 9 - Dégradations et embâcles sur les T5 et T6

Le tronçon 7 montre de nombreuses dégradations sur sa structure primaire, mais ces dégradations ne semblent pas présenter des risques majeurs à très court terme. Nous avons relevé beaucoup d’aciers visibles et corrodés ainsi que de zones d’éclatement du béton. De même, quelques fissures et défauts d’étanchéité ont été relevés.

Les tronçons 8 et 9 n’ont pu être visités entièrement pour cause de niveau d’eau trop important. Ces tronçons semblent connaître des problèmes de désagrégation de béton et quelques aciers apparents ainsi que des affouillements importants du lit (tronçon 8 seulement).

Sur l’ensemble de l’ouvrage de nombreux réseaux d’eau pluviale et eaux usées (déversoirs d’orages) se rejettent, ce qui implique une contrainte supplémentaire quant au traitement des réseaux dans le projet.

L’avant-projet s’articule en deux réflexions indépendantes :

- Le renforcement de certains tronçons de l’ouvrage (partie réhabilitation)

- La déconstruction d’autres tronçons pour l’aménagement de nouvelles berges pour la rivière (partie restauration de rivière).

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2.REHABILITATION DE L’OUVRAGE EXISTANT

La partie réhabilitation du projet considère deux types de linéaires :

- les tronçons faisant l’objet d’un renforcement obligatoire (tronçons 1, 2 et 9 amont soit environ 600ml),

- ceux devant être renforcés en cas de prise de position de la maîtrise d’œuvre pour une impossibilité de découverture.

Les seconds devront donc attendre les résultats des études d’aménagement pour pouvoir être commencés.

Le volet réhabilitation sera principalement basé sur le document de référence pour ce domaine d’intervention : Guide Technique LCPC SETRA « Choix et application des produits de réparation et de protection des ouvrages en béton » de 1996. Le LCPC SETRA conseille de procéder de la manière suivante :

Etape 1 : Détection des dégradations : ce travail a été fait par la MOA dans son étude préalable (Ingérop) et a permis de cadrer le programme de MOE auquel nous avons répondu.

Etape 2 : Auscultation – Diagnostic : ce travail est réalisé par le géotechnicien du groupement qui doit, pour chaque tronçon:

Identifier les défauts (visuel, carottages, essais…..) ;

Estimer l’étendue ;

Identifier les causes ;

C’est l’étape clé du projet ! Cette étape doit donner suffisamment d’information pour passer à l’étape suivante. Elle a fait l’objet d’une importante campagne de forages, carottages, prélèvements, qui sont au jour du rapport en cours d’analyses (voir premiers résultats sur les bétons en annexe 1, rapport réalisé par Hydrogéotechnique). Cela permettra de définir la qualité des matériaux en place (remblais derrière l’ouvrage, bétons, aciers, maçonneries) et d’envisager des traitements/réparations adaptés.

Etape 3 : Projet de réparation/protection

Définir les objectifs à atteindre (les défauts repérés nécessitent ils une réparation ? ou une protection ? ) ;

Préciser comment y parvenir : définition des travaux à effectuer et proposition de solutions techniques ;

Etape 4 / 5 / 6 : Suite du projet (PRO, ACT….)

Dans les semaines à venir, le rapport du géotechnicien ainsi que les connaissances des structuralistes du groupement mènera à la définition d’un plan de renforcement de l’ouvrage.

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3.RESTAURATION DE LA CHIERS DANS SA TRAVERSEE DE

LONGWY

Le projet de restauration est un projet complexe et innovant. C’est la première fois qu’une rivière de cette ampleur sera découverte en plein centre d’une ville. Il faut donc considérer de manière égale la possibilité de recréer un milieu naturel pour la rivière et l’analyse des besoins urbains en termes d’espaces. La localisation en milieu urbain implique une présence de nombreux réseaux enterrés qui doivent être bien connus pour pouvoir étudier leur déplacement.

3.1. CONTRAINTES LIEES AUX RESEAUX SOUTERRAINS

Les plans des réseaux souterrains existant sont joints en annexe. Ils synthétisent les plans fournis par les différents concessionnaires de réseaux. La demande de renseignement effectuée le 01/02/2012 a été envoyée aux entreprises suivantes :

Tableau 1 : Résultat de la D.R.

Société Type de réseau Réseau

SAUR CENTRE NANCY - DIDIER Régis Eau Pas d’ouvrage

SFR Télécom Pas d'ouvrage

VEOLIA EAU Eau potable Présence de réseaux

NUMERICABLE - SERVICE DICT Fibre optique Présence de réseaux

GRTgaz Agence d'exploitation de Nancy Gaz Pas d'ouvrage à moins de 40 m

AIR LIQUIDE REGION LORRAINE NORD Air liquide Pas d'ouvrage à moins de 200m

ERDF Electricité Présence de réseaux

France TELECOM ORANGE UI Télécom Présence de réseaux

GrDF Agence Exploitation Gaz Lorraine Nord

Gaz Présence de réseaux

MAIRIE Eclairage public Présence de réseaux

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MEMONET Télécom Présence de réseaux

RTE GET LORRAINE Electricité Pas d'ouvrage à moins de 5m

SEMITUL Transport public 1 arrêt proche de l'ouvrage

SIAAL Assainissement Présence de réseaux

Les tronçons de l’ouvrage hydraulique pour lesquels il n’est pas envisagé de découverture ne seront pas décrits ici, car les travaux de confortement/réfection n’impacteront pas les réseaux. Les plans sont présentés en annexe 2.

3.1.1. ANALYSE DES CONTRAINTES

3.1.1.1. PARC DES RECOLLETS

Etant une zone peu urbanisée (grand parc & parkings), la majorité des réseaux souterrains sont éloignés de l’ouvrage.

EAU POTABLE

Le réseau d’eau potable passe le long des bâtiments avenue de Saintignon, et donc ne sera pas affecté par la découverture sur cette zone.

ASSAINISSEMENT – EAUX PLUVIALES

Les réseaux d’assainissement se trouvent de l’autre côté de l’avenue, plus proche de l’ouvrage mais toujours sous l’avenue de Saintignon. Or, il n’est pas prévu d’intervenir sur cette chaussée donc les travaux de découverture n’affecteraient pas ces réseaux.

Néanmoins, on remarque de nombreuses arrivées d’assainissement et d’eau pluviales directement dans l’ouvrage (comme repérées sur le plan d’après les observations de visite). La mise à ciel ouvert de la Chiers impliquera de supprimer ces rejets.

Ces rejets sont très mal connus des concessionnaires (SIAAL et VEOLIA). Le diagnostic nécessaire des réseaux en cours a été initié afin de bien repérer d’où viennent tous les rejets dans l’ouvrage. Le diagnostic permettra aussi de différencier les conduites en service de celles hors d’usage, ainsi que de faire la différence de conduites provenant de réseaux d’eau pluviale, d’assainissement, ou de réseau unitaire.

Ces réseaux ne devront plus se rejeter dans l’ouvrage découvert, il faudra donc :

- supprimer les conduites hors d’usage,

- dévier les réseaux d’assainissement vers le réseau existant, ou les collecter dans une nouvelle conduite enterrée dans les berges parallèlement à l’ouvrage,

- et prévoir des zones privilégiées de ruissellement des eaux de pluie sur les berges.

ELECTRICITE

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15 | P A G E

Le réseau d’électricité passe le long des bâtiments avenue de Saintignon, et donc ne sera pas affecté par la découverture sur cette zone.

GAZ

Le réseau de gaz passe le long des bâtiments avenue de Saintignon, et donc ne sera pas affecté par la découverture sur cette zone.

ECLAIRAGE PUBLIC

Le réseau d’éclairage public est assez ancien (plus de 40 ans) est endommagé d’après les dires du concessionnaire. Il se trouve parfois au-dessus de la dalle de l’ouvrage hydraulique dans des gaines aciers de 80mm de diamètre à une très faible profondeur (<30cm). Les charges dues au trafic et au stationnement ont donc été mal dissipées et les gaines ont été déformées. Dans les zones éloignées de l’ouvrage, le réseau est enterré en pleine terre à 0,70m de profondeur, et passe dans des gaines rouges. Un grillage avertisseur rouge est positionné à environ 0,30m de la surface.

Figure 10 : Principe de pose de réseau sur ouvrage

Le réseau forme un circuit en série allant du terre-plein central séparant l’avenue de Saintignon de la contre-allée parking vers le sud et le nord-est. Plusieurs candélabres sont situés proches du tracé de la Chiers, et le réseau croise l’ouvrage sous la rue Foch.

Le mas situé à la pointe sud de la zone de découverture du parc voit sa fondation ancrée dans le piédroit rive gauche de l’ouvrage. Ces informations ayant été transmises par les concessionnaires qui n’ont pas de plan exact, il est possible que d’autres candélabres soient aussi ancrés à l’ouvrage (notamment ceux situé au croisement avec la rue Foch).

FRANCE TELECOM

Les réseaux de télécommunication se trouvent de l’autre côté de l’avenue, plus proche de l’ouvrage mais toujours sous l’avenue de Saintignon. Or, il n’est pas prévu d’intervenir sur cette chaussée, donc les travaux de découverture n’affecteraient pas ces réseaux.

Seul un réseau France Télécom traverse l’ouvrage perpendiculairement avant le croisement avec la rue Emile Legendre. Il s’agit d’une conduite allégée (non enrobée). Etant situé en fin de zone d’étude pour la découverture, il est possible que ce réseau conserve sa place enterrée dans un talus. Après rencontre avec le concessionnaire, il se trouve que cette conduite accueille 25 câbles alimentant la région Nord-Est entière en réseau de télécommunication, et il est donc fortement déconseillé de la dévier. Ainsi, la zone de découverture doit être adaptée à ce « point dur ».

FIBRE OPTIQUE

Sur ce tronçon, la fibre optique n’est pas présente.

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16 | P A G E

3.1.1.2. PLACE LECLERC

Ce secteur est entièrement urbanisé, mais ce situe dans un relâchement du tissu urbain. On y retrouve naturellement des réseaux nombreux, mais très peu traversent la place. La majorité des réseaux se trouve à proximité des bâtiments de part et d’autre de la place.

EAU POTABLE

Le réseau d’eau potable se décompose en 3 tronçons.

Le premier longe les bâtiments rive gauche sous la rue Alfred Mezières et bifurque ensuite vers la rue des Récollets. Ce tronçon ne sera certainement pas impacté par le projet de découverture.

Le second longe les bâtiments de l’autre côté de la place (avenue Albert 1er

) puis s’éloigne des bâtiments au niveau de l’embouchure de la rue Carnot. A priori, sa proximité des bâtiments implique qu’il ne serait pas impacté par le projet de découverture. Néanmoins, selon l’emprise du projet arrêté, il faudra étudier la déviation de la seconde partie, par exemple en vérifiant la possibilité du raccordement au troisième tronçon.

Le troisième tronçon vient de la rue Carnot et continue en parallèle de la rue Albert 1er

mais plus proche des bâtiments que le deuxième. Il ne sera a priori pas affecté par le projet.

ASSAINISSEMENT – EAUX PLUVIALES

Le réseau d’assainissement sous la place Leclerc est complexe. Du côté de la Mairie, le réseau est assez bien connu, et est constitué d’un dalot parallèle à l’ouvrage qui passe ensuite dans une buse. Cet ouvrage et l’OH6 sont reliés environ au PM420 dans le virage. On peut alors observer leur fonctionnement en vases communicants (voir photo ci-après). En cas de découverture de la Chiers, il sera nécessaire de rendre l’assainissement indépendant de la rivière.

Figure 11 : Connexion entre l’assainissement et la Chiers

En rive droite, le réseau est nettement moins connu. Les plans transmis font état d’un réseau passant sous le trottoir proche des bâtiments et ne serait donc pas impacté par les travaux de découverture. Pourtant, les rejets que l’on peut observer dans l’ouvrage sont nombreux, et leur origine est pour grande partie inconnue.

Chiers

Assainissement

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17 | P A G E

Les rejets ont été repérés lors de visites dans l’ouvrage de l’équipe les 06/03/12 et 25/04/12.

Un diagnostic complet des réseaux est en cours et permettra de connaître l’origine de tous ces rejets et ainsi de prévoir une solution de collecte.

ELECTRICITE

Le réseau électrique BT est majoritairement localisé sous la voirie bordant les bâtiments. Néanmoins, un réseau électrique traverse perpendiculairement l’ouvrage presque en face de la Mairie. Il est enterré sous fourreaux à faible profondeur. La possibilité de déviation est en cours d’étude : soit en créant un fourreau enterré sous la rivière, soit en supprimant la connexion pour la rétablir en amont ou en aval.

Il n’y a pas de HT sur le tronçon.

GAZ

Le réseau de gaz est lui aussi présent sous les trottoirs proche des bâtiments. Il ne sera donc pas impacté même en cas de découverture. On trouve toutefois un réseau traversant l’ouvrage perpendiculairement. Le concessionnaire nous a informé que cette conduite étant située sous la partie de la place fermée pour cause de risque d’effondrement, un projet de mise hors service a déjà été initié. Ainsi, la canalisation sera mise hors-gaz durant l’été 2012.

ECLAIRAGE PUBLIC

L’éclairage public est réalisé comme décrit en 1.1.5. Un grand nombre de candélabres est fondé sur l’ouvrage, et de nombreux réseaux sont présents sur la dalle supérieure de celui-ci. L’ouverture dans la place devrait supprimer la majorité des mas et par la même une grande partie du réseau.

Le réseau d’éclairage public devra donc être refait quasiment intégralement pour éclairer les voies de circulation, mais aussi valoriser les berges alors créées.

FRANCE TELECOM

Le réseau France Télécom est là encore notamment présent sous les voies de circulations extérieures. Toutefois, en face de la rue des Récollets, le réseau traverse l’ouvrage perpendiculairement. Il est situé entre la dalle supérieure de l’ouvrage et la voirie. Ce réseau devra être dévié et reconnecté, car il assure la continuité du réseau jusqu’à l’école.

FIBRE OPTIQUE

Sur ce tronçon, la fibre optique n’est pas présente non plus.

3.1.2. CONCLUSION

Les réseaux sont présents et nombreux sur les tronçons de l’ouvrage hydraulique la Chiers à découvrir.

- Le réseau d’assainissement et d’eau pluviale étant mal connu, il n’est pas possible, dans l’état actuel des choses, de définir un plan de réaménagement. Il a fallu initier une mission complémentaire (diagnostic d’assainissement) en parallèle avec le SIAAL et VEOLIA afin de déterminer la provenance et l’importance des réseaux se rejetant dans l’ouvrage et de vérifier la compatibilité des réseaux avals pour l’addition

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18 | P A G E

de ces nouveaux rejets. Cette mission a été acceptée et est en cours de réalisation.

- Le réseau d’éclairage public sera affecté intégralement au niveau des deux zones de découverture. Cela permettra de repenser le réseau afin de continuer l’illumination des routes et bâtiments, mais aussi mettre en valeur les nouvelles berges aménagées.

- Longwy étant le point de départ de tous les réseaux France Télécom du « Haut-Pays » (réseau régional), le déplacement de conduites est impossible. Heureusement, leur localisation n’est qu’en marge du projet, et l’emprise de celui-ci peut donc s’adapter pour éviter des désagréments et des surcoûts.

- Les autres réseaux seront peu impactés par les travaux de découverture, avec toutefois des travaux à prévoir avec tous les concessionnaires (déplacement d’un petit nombre de fourreaux). Les concessionnaires étudient à ce jour les possibilités de déviation de leurs conduites, afin de nous transmettre l’enveloppe des travaux à prévoir pour rétablir leur continuité.

3.2. ETUDE HYDRAULIQUE

Dans le cadre du projet, l’étude hydraulique a pour objectif de modéliser les écoulements de la Chiers dans les aménagements tels que projetés, afin de vérifier que les sections permettent l’évacuation des crues sans débordement à Longwy-Bas, tout en conservant un bon fonctionnement écologique.

Les valeurs de débits courants utilisés pour l’étude sont tirées de valeurs relevées par la banque de données HYDRO que j’ai pu classer. Les crues de référence sont, elles, tirées de l’ajustement statistique de Gumbel réalisé lors de la phase DIAG du projet. Ainsi, nous obtenons les valeurs suivantes :

- Le débit d’étiage à 5 ans : QMNA5 = 0,505 m3/s

- Valeur supérieure du régime courant à 93% du temps : 2xModule = 4,92 m3/s.

- Crue biennale Q2 = 35,5 m3/s

- Crue quinquennale Q5 = 55 m3/s

- Crue trentennale Q30 = 68 m3/s

- Crue centennale Q100 gradex = 96 m3/s

- Crue extrême des nouvelles normes de protection contre les inondations : Q100+30% = 124,8 m

3.s

-1.

Le modèle sera réalisé en trois étapes :

- Réalisation d’une modélisation de l’ouvrage existant

- Modélisation de la Chiers afin de dimensionner un lit naturel d’écoulement

- Modélisation de l’état projet après travaux afin de vérifier le bon fonctionnement hydraulique.

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19 | P A G E

3.2.1. MODELE DE L’OUVRAGE EXISTANT

Un premier modèle a été réalisé à l’aide du logiciel CAPRIS. Il représente le fonctionnement hydraulique de l’ouvrage existant (entièrement canalisé) pour différentes valeurs occurrences de crues (du régime courant à la crue extrême).

Ce modèle nous permettra de vérifier le diagnostic réalisé en amont de la maîtrise d’œuvre par Egis. De plus, nous pourrons utiliser les conditions aval de niveau d’eau et vitesses afin de réaliser une modélisation en régime fluvial de l’ouvrage après travaux de découverture.

L’étude réalisée par Egis prend en compte un coefficient de Strickler constant sur tout l’OH6 avec une valeur de Ks = 40. Elle ne distingue donc pas les piédroits maçonnés des parois en béton, les radiers en béton propre des radiers non-revêtus avec de fortes irrégularités. Cette étude suppose également l’ouvrage sans embâcles et sans point singulier (colonnes intermédiaires négligées).

L’OH6, de par la variété de géométries et de revêtements de ses tronçons, aura un écoulement complexe.

De plus, le logiciel CAPRIS d’ARTELIA définit une section d’écoulement par une fonction cote/largeur : à une hauteur donnée, il associe une certaine largeur d’écoulement, sans prendre en compte la géométrie réelle, comme présenté dans le schéma ci-dessous.

Néanmoins, certaines géométries peuvent modifier le profil d’écoulement. En effet, une section divisée en deux aura plus de frottements des bords qu’une section de même surface mouillée. On peut donc se demander de quelle manière la présence de voiles ou rangées de poteaux intermédiaires influence la valeur du coefficient de Strickler.

Le choix des coefficients de Strickler utilisés pour l’étude doit donc être l’objet d’une réflexion particulière. J’ai mené cette étude en comparant les résultats donnés par un modèle prenant en compte la géométrie réelle et ce même modèle avec la géométrie « simplifiée » tel que CAPRIS l’observe.

Figure 12 - Loi cote/hauteur sous CAPRIS

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20 | P A G E

MODE OPERATOIRE

Une section va être modélisée par un outil qui prend en compte la géométrie réelle et calcule la ligne d’eau en régime uniforme et permanent à partir des équations de Manning-Strickler de deux manières différentes :

- Selon la vision « normale » de la géométrie

- Selon la vision « CAPRIS » de la géométrie

Nous partirons d’un même coefficient de Strickler et ajusterons ensuite celui de la seconde vision pour arriver à la même hauteur d’eau que calculée par l’outil dans le premier cas.

Cette opération sera répétée pour plusieurs sections différentes, ce qui nous permettra de définir une loi de variation du coefficient de Strickler avec la présence de voiles intermédiaires.

L1 L2

L=L1+L2

Page 31: réfection de dalot sous-terrain

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21 | P A G E

ETUDE DE SENSIBILITE

Les 3 sections suivantes ont été comparées à la section sans séparateur de 12m de large :

- - 1 voile séparateur de rugosité Ks=40

- - 2 voiles séparateurs de même rugosité Ks=40

- - 3 voiles séparateurs de même rugosité Ks=40

Tableau 2 - Etude de sensibilité du Strickler

Q (m3/s)

1 voile Ks=40 2 voiles Ks=40 3 voiles Ks=40

heau Ks équivalent section simple

heau Ks équivalent section simple

heau Ks équivalent section simple

1 0.18 32 0.19 30 0.20 27

10 0.72 32 0.75 30 0.80 27

50 1.89 32 2.09 27 2.24 24

100 2.86 32 3.16 27 3.38 24

6m 6m

1m

5m

4m 4m

1m

5m

1m

4m

3m

1m

5m

3m 3m 3m

1m 1m

Page 32: réfection de dalot sous-terrain

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22 | P A G E

ANALYSE DES RESULTATS

Tableau 3 - Diminution du Strickler en fonction du nombre de voiles

Nombre de voiles Strickler de base Strickler équivalent Diminution du

Strickler

1 40 32 20%

2 40 28 30%

3 40 25 37,5%

Le coefficient de Strickler dit « équivalent » doit donc être revu à la baisse si la section est munie d’un ou plusieurs voiles intermédiaires. En l’absence de données de calage des coefficients de Strickler de l’ouvrage hydraulique souterrain de Longwy, ceux-ci seront choisis de manière sécuritaire avec les pourcentages de baisse précisés ci-dessus.

CONCLUSION

Les coefficients de Strickler que nous retiendrons pour l’étude seront comme précisés ci-dessous :

Tableau 4 - Strickler retenus

Tronçon Strickler théorique

Voiles et poteaux Type de lit Strickler

équivalent

1 50 1 voile central

avec ouvertures circulaires

Radier béton lisse

33

2 45 1 voile central

hermétique Radier béton

abimé 30

3 45 1 pile centrale

hermétique Radier béton

abimé 30

4 50 1 voile central

hermétique Radier béton

lisse 33

5 40 2 rangées de

poteaux Lit minéral 28

6 40 2 rangées de

poteaux + 1 voile hermétique

Lit minéral 25

7 45 1 rangée de

poteaux Gros béton 30

8 50 Aucun Gros béton 35

9 aval 50 1 voile central

hermétique Radier Béton

lisse 33

9 amont 50 1 voile central

hermétique Radier Béton

lisse 33

Page 33: réfection de dalot sous-terrain

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23 | P A G E

3.2.2. RESULTATS DE LA MODELISATION

LIGNES D’EAU DANS L’OUVRAGE

248

250

252

254

256

258

260

0 200 400 600 800 1000 1200

Co

te N

GF

IGN

(m

)

Abscisse (m)

Débit d'étiage QMNA5 = 0,51m3/s

z fond (NGF)

Niveau d'eau (NGF)

z voûte (NGF)

z TN supérieur (NGF)

Tronçons

T1 T2 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Aval T9 Amont

248

250

252

254

256

258

260

0 200 400 600 800 1000 1200

Co

te N

GF

IGN

(m

)

Abscisse (m)

3 x Module 7,38m3/s

z fond (NGF)

Niveau d'eau (NGF)

z voûte (NGF)

z TN supérieur (NGF)

Tronçons

T1 T2 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Aval T9 Amont

Page 34: réfection de dalot sous-terrain

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24 | P A G E

oOo

248

250

252

254

256

258

260

0 200 400 600 800 1000 1200

Co

te N

GF

IGN

(m

)

Abscisse (m)

Crue decennale Q10 = 55m3/s

z fond (NGF)

Niveau d'eau (NGF)

z voûte (NGF)

z TN supérieur (NGF)

Tronçons

T1 T2 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Aval T9 Amont

248

250

252

254

256

258

260

0 200 400 600 800 1000 1200

Co

te N

GF

IGN

(m

)

Abscisse (m)

Crue trentennale Q30 = 68m3/s

z fond (NGF)

Niveau d'eau (NGF)

z voûte (NGF)

z TN supérieur (NGF)

Tronçons

T1 T2 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Aval T9 Amont

248

250

252

254

256

258

260

0 200 400 600 800 1000 1200

Co

te N

GF

IGN

(m

)

Abscisse (m)

Crue centennale Q100 = 96m3/s

z fond (NGF)

Niveau d'eau (NGF)

z voûte (NGF)

z TN supérieur (NGF)

Tronçons

T1 T2 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Aval T9 Amont

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25 | P A G E

COMMENTAIRES

Le modèle ci-dessus montre un profil en long très irrégulier, avec des pentes et des contrepentes, qui rendent l’écoulement peu homogène. Un grand nombre de variations de régime hydrauliques ponctuelles peut être constaté.

On remarque que la sortie du tronçon T8 fait à l’écoulement l’effet d’un seuil (présence d’un affouillement longitudinal du radier au centre de la section). Localement sur les bords, les augmentations de vitesses peuvent avoir un effet érosif sur le fond du lit et encore plus endommager celui-ci.

Les vitesses sont élevées dans les sections étudiées, avec en crue centennale des valeurs supérieures à 4 voire 5m.s

-1. De telles valeurs de vitesses sont très préjudiciables pour les

piédroits en béton (valeurs limites couramment admises pour l’érosion des bétons ≈4m/s).

Le réaménagement du lit de la rivière permettrait de contrôler les vitesses ainsi les risques d’érosion. La pente pourrait être aménagée de manière à ne pas créer de profils d’écoulement dommageables, contrôler les ressauts et les accélérations de l’eau afin de favoriser l’habitat naturel en créant des niches variées et attrayantes.

D’après cette étude, l’ouvrage ne se met en charge qu’au niveau du passage du tronçon T9 au tronçon T8 (réduction de la largeur d’écoulement). L’étude de BCEOM (Egis Eau) indiquait que certaines cotes de crues calculées dépassaient la cote du TN au-dessus de l’ouvrage, ce que nous n’observons pas.

De plus, les valeurs des débits et des coefficients de Strickler nous placent dans une position plutôt sécuritaire. Ceci confirme que l’ouvrage possède une très grande capacité hydraulique et qui plus est, supérieure à celle de l’OH5 situé directement en amont. Les débits arrivant dans l’OH6 seront donc probablement diminués par l’OH5. Il est possible que les débordements surviennent à l’amont de l’OH5 et s’écoulent en surface jusqu’à Longwy, provoquant alors une inondation. Néanmoins, la découverture de la Chiers amènerait une possibilité supplémentaire de récupérer ces eaux ruisselées dans le lit de la rivière.

Cette étude ne prend pas en compte le risque d’embâcle car, celui-ci est à modérer du fait de la localisation du linéaire à découvrir en milieu urbain. Par ailleurs, les embâcles provenant de l’amont seront en principe retenus par les ouvrages en amont de section plus étroite.

En cas de découverture, la dernière étude de INGERPO-IPSEAU évoque une incidence de 10 à 20 cm en terme de rehausse des lignes d’eau en crue, liée à une augmentation de la rugosité générale du lit du fait de la renaturation des berges. Nous tâcherons dans la partie suivante de quantifier cette hausse.

La modélisation présentée permettra de comparer les conditions hydrauliques de l’existant et le projet à venir. Le modèle de l’état projet que nous mettrons en œuvre devra conduire à la définition d’une section hydraulique de la Chiers restaurée, qui permettra d’évacuer les crues, sans aggraver voire en améliorant la situation de Longwy vis-à-vis du risque inondation.

Page 36: réfection de dalot sous-terrain

RAPPORT DE PFE

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26 | P A G E

3.2.3. DIMENSIONNEMENT DU LIT NATUREL DE LA CHIERS

Dans l’objectif de renaturation maximale de la rivière dans les tronçons à découvrir, nous avons mené une étude visant à définir le gabarit nécessaire à son écoulement. Pour cela, nous n’avons pas pris en compte l’emprise des bâtiments sur la place.

Le projet de découverture de la Chiers dans sa traversée de Longwy a pour objectif principal de restaurer un milieu naturel attractif qui permet d’évacuer les plus grosses crues pour protéger la ville basse contre les inondations.

Les levés topographiques pour l’étude BCEOM de la Chiers nous indiquent sur le gabarit naturel du lit mineur de la Chiers. Ainsi, plusieurs coupes à l’aval de Longwy dans des zones non urbanisées (Montigny-sur-Chiers et Cons-la-Grandville par exemple) ont servi de base à la réflexion sur la forme et la taille du lit mineur qui sera proposé.

Il a été choisi de prévoir un lit mineur d’écoulement à deux étages connectés:

- Un premier niveau permettant de maintenir une hauteur d’eau suffisante à l’étiage,

- Un second niveau submergé régulièrement, qui joue le rôle de zone humide attractive pour la végétation. Ce second niveau permet par ailleurs de limiter l’exhaussement de la ligne d’eau en crue.

Une bonne connectivité entre ces deux lits permettra le développement d’un milieu naturel attractif.

Le premier niveau, ou lit mineur d’étiage, sera dimensionné pour maintenir une hauteur d’eau de 30 à 40cm à l’étiage.

Ce niveau sera utilisé au maximum de sa capacité pour des crues courantes. Nous admettrons alors pour cela une valeur de débit de 2 fois le module, correspondant à une submersion dans 12% du temps soit 1 mois et demi par an (selon la courbe de classement des débits à Longwy jointe en annexe 3)

Le second niveau permettra lui d’évacuer des crues courantes jusqu’à la crue extrême de Q100 augmentée de 30%.

Les pentes des berges seront de 2H/1V, ce qui permet un bon compromis entre la stabilité, un développement de végétation variée ainsi qu’une bonne intégration paysagère. Dans la mesure où le tissu urbain le permet, un adoucissement de la pente ne fera qu’améliorer la renaturation des berges de la Chiers.

Les notations ci-après seront considérées :

Figure 13 - Notations sur lit mineur

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27 | P A G E

3.2.3.1. DIMENSIONNEMENT DU 1ER LIT

Largeur L1 du lit mineur

La largeur L1 sera contrainte par l’assurance d’une hauteur d’eau suffisante pour le débit d’étiage QMNA5. Afin d’assurer un écoulement permanent, ainsi que de maintenir certaines fonctions biologiques du cours d’eau par débit faible, la hauteur d’eau minimale a été fixée devant être d’environ 30-35cm.

L’observation des zones de dépôts de sédiments dans la Chiers couverte nous indique que la largeur du lit à l’étiage ne doit pas dépasser 6m (un des deux dalots). Nous ajusterons donc la valeur de L1 pour L1<6m.

Le coefficient de Strickler considéré ici sera de 20, en considérant un lit naturel diversifié (enrochements répartis sur le fond créant des écoulements diversifiés par des remous et des zones calmes) créant un environnement attractif pour la faune et la flore.

Tableau 5 - Loi largeur du lit/hauteur d'eau

L1 (m) 4 5 6

heau (m) 0,30 0,28 0,26

La valeur retenue sera donc de L1 = 4m.

Hauteur H1 du lit mineur

H1, le point haut du 1er

lit, sera défini par une valeur de hautes eaux (considéré ici 2xmodule pour une submersion d’un mois et demi) avec des talus orientés avec une pente à 2H/1V. Les hauteurs d’eau atteintes par ces crues vont donc être calculées, puis définiront la hauteur maximale du 1

er lit.

Le coefficient de Strickler Ks sera encore pris égal à 20, correspondant à des berges rugueuses et végétalisées.

Tableau 6 - Hauteur d'eau dans le lit mineur

2xmodule Q = 5 m3.s

-1

Q (m3.s

-1) 4,92 5

heau (m) 1,06 1,08

Ainsi, la hauteur retenue sera de H1 = 1,10m.

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28 | P A G E

D’où le schéma du 1er

lit suivant avec les hauteurs d’eau d’étiage et de 2xmodule:

Figure 14 - Schéma de principe du lit mineur

La hauteur totale que prendront les aménagements correspond à la profondeur de l’ouvrage actuel par rapport au terrain en surface dans les zones de découverture (impossibilité de modifier la topographie de la rivière). Au niveau de la place Leclerc, zone la plus contraignante, nous pouvons observer une profondeur moyenne de 4,50m (oscillant entre 4,3m et 5,8m [Levés réalisés en Mars 2012 par Guelle & Fuchs]), profondeur qui sera retenue pour cette étude.

Les profils levés montrent un léger bombement de la surface de l’ouvrage au droit de son axe par rapport au niveau du reste de la place. C’est pourquoi les sections considérées auront une hauteur de 4,50m, mais devront évacuer la crue extrême en maintenant une ligne d’eau inférieure à 4,30m.

Il est à noter que la crue extrême correspond à une crue de période de retour supérieure à 1000 ans (d’après l’ajustement de Gumbel précédemment réalisé par SOGREAH Q1000=117m

3.s

-1 < Q100+30%=124,8 m

3.s

-1). Se positionner avec une revanche

de 20cm place donc l’étude dans un cadre très sécuritaire concernant le risque d’inondations.

3.2.3.2. LARGEUR DU SECOND LIT

Dans ce paragraphe, nous allons étudier les sections permettant d’évacuer la crue maximale dimensionnante (Q100+30%) en faisant varier le coefficient de rugosité de Strickler utilisé pour les calculs. Ceci permettra de se rendre compte la sensibilité de la rugosité du lit avec l’augmentation de la section nécessaire à l’écoulement de la Chiers. Rappelons que le coefficient de Strickler utilisé lors de la modélisation de l’ouvrage existant (revêtu de béton, lit très hétérogène et pas de végétation) variait de 25 à 35.

1er cas : Lit très rugueux

Dans le premier cas, il a été considéré un second lit enherbé particulièrement rugueux avec de la végétation arbustive et arbres (correspondant à l’état complètement naturel), qui correspond à un coefficient de Strickler de Ks=15. Avec des talus inclinés à 2H/1V, nous arrivons au profil suivant :

Figure 15 - Végétation du lit rugueux

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Les calculs donnent alors les hauteurs d’eau suivantes :

Tableau 7 - Loi Débit/Hauteur d'eau

Débit (m3.s

-1) Hauteur d’eau (m)

QMNA5 0,30

2xModule 1,08

Q5 2,77

Q10 2,89

Q30 3,17

Q100 3,72

Q100+30% 4,20

On a alors une largeur minimale d’emprise de 31m pour la réalisation de notre projet, à l’intérieur duquel un lit mineur de 4m pourrait méandrer dans un intervalle de 17,4m.

Cette solution correspond dans la réalité à laisser la végétation coloniser de manière totalement libre les berges, sans entretien. De la végétation ligneuse (arbustive ou arbres) pourrait alors obstruer la vue du lit de la rivière, mais favoriserait l’installation d’un biosystème complet.

2nd cas : Lit moins rugueux

Dans le second cas, la rugosité du second lit et des berges a été diminuée, et le Ks estimé à 20 (moins de végétation, lit enherbé entretenu). La section minimale permettant d’évacuer la crue centennale augmentée de 30% est donc :

Les calculs donnent alors les hauteurs d’eau suivantes :

Tableau 8 - Loi Débit/Hauteur d'eau

Débit (m3.s

-1) Hauteur d’eau (m)

QMNA5 0,30

2xModule 1,08

Q5 2,90

Q10 3,02

Q30 3,32

Q100 3,89

Q100+30% 4,28

On a alors une largeur minimale d’emprise à 26m pour la réalisation de notre projet, à l’intérieur duquel un lit mineur de 4m pourrait méandrer dans un intervalle de 12,4m.

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3.2.3.3. CONCLUSION

La découverture de la Chiers, avec des aménagements visant à renaturer les berges en favorisant l’établissement et la diversité d’espèces végétales et animales, nécessiterait une emprise au sol de 26m au minimum. Cette emprise permet à la Chiers de s’écouler similairement que dans un lit naturel, tout en protégeant le haut des berges contre le débordement des crues jusqu’à Q100+30%. Mais 31m permettraient un réaménagement encore plus naturel en favorisant la végétation.

26m est donc l’emprise minimum permettant une découverture renaturée de la Chiers dans sa traversée de Longwy, tout en mettant à l’abri la ville basse d’une crue centennale augmentée de 30%. Notons qu’avec 26m, les aménagements connexes de type promenade à mi-berge sont imaginables à condition d’envisager des piédroits.

Il est tout à fait possible d’imaginer des aménagements paysagers tels que des promenades larges de 3, 4, 5 mètres ou plus selon l’emprise disponible le long des berges, car celles-ci ne feraient qu’augmenter la section et donc diminuer le niveau d’eau atteint par les crues exceptionnelles. Cette possibilité d’aménagements ainsi que d’autres ont été étudiées et les résultats sont présentés dans le tableau de synthèse ci-dessous.

Les coefficients de Strickler font varier de manière considérable l’emprise au sol du projet. Il sera donc possible de définir le type de végétation souhaité afin de permettre l’insertion du projet dans l’emprise urbaine tout en conservant le caractère naturel de l’aménagement. Les coefficients considérés représentent néanmoins de manière assez sécuritaire le revêtement envisagé.

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Tableau 9 - Récapitulatif des sections

Nom de section Type d'aménagement Ks lit moyen Ks Berges Cote Q100+30% Emprise totale Schéma

A1 Pas de promenade 15 20 4,20 31

A2 Pas de promenade 20 20 4,20 26

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Nom de section Type d'aménagement Ks lit moyen Ks Berges Cote

Q100+30% Emprise totale Schéma

B1 Promenade + Talus 20 20 4,23 31

B2 Promenade + piédroit en tête

de talus 20 20 4,28 28

B3 Promenade + piédroit en

pied de talus 20 20 4,11 38,2

B4 2 promenades + talus 20 20 4,14 33

B5 2 promenades + piédroits en

tête de talus 20 20 4,26 27

B6 2 promenades + piédroits en

pied de talus 20 20 4,20 35

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Dans le cadre de ce projet, les aménagements envisageables sont multiples. Les 6 sections proposées ici sont des sections naturelles « types » qui, dans la mesure décrite dans les commentaires, permettaient l’écoulement de la Chiers pour des épisodes de crues exceptionnelles (jusqu’à Q100+30%).

Les emprises déterminées par cette étude pour l’écoulement de la Chiers dans un milieu pseudo-naturel sont de l’ordre de 30m. Cette emprise est acceptable pour le projet, car l’emprise minimale entre deux bâtiments de la place Leclerc (endroit le plus contraint) est de l’ordre de 50m. L’étude urbanistique suivante a permis de mieux délimiter les emprises laissées pour les activités humaines de cette place. Le croisement de ces deux études permettra la définition d’une emprise optimale qui permette l’écoulement de la Chiers selon les critères définit plus haut, mais aussi le déroulement d’activités humaines.

La solution retenue sera certainement composée d’un mélange entre plusieurs sections afin de permettre l’insertion dans le tissu urbain, comme présenté dans les vues ci-dessous :

Il faudra alors affiner l’étude du comportement hydraulique des sections retenues pour vérifier que la transition entre les différentes sections n’implique pas d’augmentation des niveaux d’eau ou des vitesses.

Un modèle hydraulique en régime varié sera alors créé pour les tronçons découverts, en prenant en compte les conditions hydrauliques amont et aval des tronçons canalisés.

Figure 16 - Vue d'aménagement potentiel place Leclerc

Figure 17 - Vue d'aménagement potentiel place des Récollets

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3.2.4. PREMIERS AMENAGEMENTS IMAGINES

L’idée directrice développée par les architectes du projet est de symboliser l’ancienne ère de la sidérurgie dans les aménagements proposés. Ils ont ainsi imaginé des jeux sur les matières comme l’utilisation de corten (acier rougit par le temps) ou bien de bétons bruts pour rappeler les anciennes aciéries qui ont permis le développement de la région au siècle passé. De plus, des aménagements rectilignes entremêlés rappellent les empilements anarchiques de barres d’acier qui étaient produites.

En dialogue avec les architectes, ma tâche était de les conseiller sur la faisabilité technique, et de tirer le meilleur parti du fort potentiel hydraulique du projet.

Sur la zone du parc, les architectes souhaitaient travailler sur deux bras de rivière :

- Le bras principal qui emprunterait à peu près le même axe que l’ouvrage actuel.

- Un bras secondaire qui s’éloignerait de cet axe pour sinuer et créer des zones calmes, desquelles le public pourrait s’approcher.

Les différents plans sont présentés en annexe, il sera utile de s’en munir afin de comprendre les explications qui suivent.

La Chiers, dans la vallée de Longwy, ne créé pas de manière naturelle des bras secondaires. Néanmoins, dans le cadre d’une mission de restauration de rivière, il est possible de réaliser de telles géométries pour un aménagement urbain. Il faut alors imaginer des solutions en génie végétal et minéral afin de s’assurer de la bonne répartition des débits (3/4 dans le grand bras, 1/4 dans le second), le contrôle des vitesses. Il faut de plus proposer des géométries adaptées pour que l’aménagement se conforte dans le temps par l’influence de la Chiers.

Pour cela, des seuils en enrochements placés à altitude définie seront placés à la séparation des deux bras. Une mouille (zone plus profonde que le reste du lit) sera réalisée à l’aval afin d’assurer un ralentissement des écoulements et ainsi gérer la répartition des débits de manière naturelle et durable. La berge séparant les deux bras sera renforcée par une couverture en enrochements bicouches sur 3m de hauteur, afin d’éviter l’érosion et donc la perte d’effet des seuils. Le dispositif est présenté sur le schéma ci-après :

Sortie de l’ouvrage hydraulique

Enrochements à altitude contrôlée

Protection de berge en enrochements

Figure 18 - Principe d’aménagement génie minéral

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La volonté de l’architecte était de conserver un régime plutôt dynamique sur le bras principal et de créer une atmosphère plus calme sur le second bras. Ainsi une série de bassins de tailles, formes et ambiances différentes doivent se succéder le long du second bras. Ces bassins sont courants pour des zones d’aménagements lacustres, mais plus compliqués à réaliser en milieu fluvial. Un contrôle parfait des débits et des vitesses doit donc être réalisé, et ce même pour des crues importantes.

La solution proposée a été la mise en place d’une succession de mouilles et de radiers (respectivement zones profondes et zone à faible lame d’eau). Ces dispositifs permettront le ralentissement des eaux dans des zones d’accumulation, puis l’accélération des écoulements sur les zones intermédiaires. Ce dispositif créant un effet de chasse évitant l’envasement des « bassins » ainsi créés. Une ripisylve particulière à chaque bassin pourra alors être imaginée par l’architecte pour créer ses ambiances. Chaque bassin aura une bonne connectivité avec le suivant ainsi qu’avec le bras principal afin de guider les débordements en cas de crue et éviter un effet digue qui rendrait l’aménagement vulnérable à la surverse.

Au niveau du croisement avec l’avenue Legendre, la rivière repasse sous couverture. L’entonnement dans l’ouvrage s’effectuera grâce à la réalisation de murs en aile, qui assureront de plus la stabilité des soutènements derrière l’ouvrage. Le lit de la rivière sera renforcé par des enrochements à la transition avec l’ouvrage, afin d’éviter un déchaussement de celui-ci dû à l’érosion.

Sur la zone de la place Leclerc, les aménagements n’ont pas été définis par les architectes. Les solutions de renaturations seront à envisager dans les semaines suivant la rédaction du rapport.

Figure 19 - Schéma de principe d'aménagements des deux bras

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4. SUITE DU PROJET ET BILAN PERSONNEL

4.1. SUITE DU PROJET DE DECOUVERTURE

Le 15 Juin 2012, un AVP quasiment complet doit être présenté au comité de pilotage. Celui-ci comportera les vues des différents aménagements imaginés par les architectes, ainsi que le budget prévisionnel de l’opération. Celui-ci permettra une prise de décision des élus sur un des deux scenarii proposés, et la continuation du projet sur ce scenario.

J’ai donc fixé des délais aux différents intervenants, afin que ceux-ci nous transmettent leurs propositions chiffrées, que je pourrai alors regrouper dans le rapport final transmis à la maîtrise d’œuvre. Ainsi : - Les concessionnaires me transmettront les plans détaillés de leur solution de

déviation de réseau, avec le budget à prévoir. - Une visite de l’ouvrage est prévue avec les géotechniciens pour affiner le métré

des réparations à envisager et ainsi avoir une estimation précise du budget alloué à la réfection.

- Le cabinet d’architectes travaille sur les aménagements de la place Leclerc et réalise les rendus visuels pour la présentation.

- Je chiffre les travaux de terrassement, création d’ouvrages neufs, d’aménagements en génie végétal et minéral, assises de voiries diverses et vérifie la stabilité des piédroits en phase travaux.

Toutes ces données compilées me permettront de réaliser un chiffrage par tronçon et par solution d’aménagement, qui servira d’aide au choix pour les élus. La décision se basant en partie sur les chiffres que nous proposerons, ceux-ci se doivent d’être le plus précis, et représenter de manière réaliste les travaux proposés. Le rendu final AVP est prévu pour Septembre 2012.

4.2. BILAN PERSONNEL DU PROJET DE FIN D’ETUDES

Le projet que j’ai pu suivre durant ce stage est très complet. Il fait appel à la fois à des problématiques de génie civil (notamment sur les structures et matériaux), d’hydraulique fluviale avec une sensibilité écologique, d’urbanisme et d’aménagements paysagers. J’ai pu compléter les notions techniques apprises durant ma formation à l’INSA par des applications réelles en bureau d’étude, ce qui est pour moi un aboutissement formidable.

En tant que responsable du groupement de maîtrise d’œuvre, ARTELIA a un rôle central dans ce projet. J’ai donc eu un poste qui se devait d’interagir avec les intervenants du groupement (aussi bien architectes que géotechniciens), mais aussi avec des interlocuteurs extérieurs (maîtrise d’œuvre et concessionnaires de réseaux). J’ai donc dû faire preuve de capacités d’adaptation, de capacités organisationnelles, décisionnelles et de manageur afin que le projet soit mené à bien et qu’il corresponde aux attentes du client dans les délais impartis.

oOo

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BIBLIOGRAPHIE

1. DEGOUTTE, Gérard. Diagnostic, aménagement et gestion des rivières. Ed. TEC&TOC, 2006, 396 p.

2. Voies Navigables de France, Guide VNF des techniques végétales, 2003, 65p.

3. DEGOUTTE, Gérard, CEMAGREF. Support de cours de dynamique fluviale appliquée au diagnostic à l’aménagement et à la gestion des rivières, Mars 2007

4. Agence de l’Eau. Retour d’expérience des travaux réalisés en techniques végétales sur les cours d’eau français, Guide Technique, 1999, 63p.

5. AquaTerra. Guide AquaTerra des solutions douces pour l’aménagement de las et cours d’eau, 2003, 393p.

6. Conseil Supérieur de la Pêche. Restauration physique des cours d’eau dans le Nord-Est de la France, 2005, 21p.

7. DEGARDIN, Francis et Paul-André GAIDE. Valoriser les zones inondables dans l’aménagement urbain, CERTU, 1999, 232p.

8. CIRIA, CUR, CETMEF. Guide Enrochement. L’utilisation des enrochements pour les ouvrages hydrauliques, Compiègne, CETMEF, 2009, 1305p.