Modélisation hydrologique des ouvrages de gestion des eaux pluviales

Limitations des modèles

Les modèles présentés ci-dessus ont donné des résultats satisfaisants dans le cadre de nombreuses études. Les modèles à base physique et évènementiels sont pertinents pour des objectifs de conception de ces ouvrages. Les modèles conceptuels semidistribués, effectuant des simulations à l’échelle évènementielle et en continu, sont également utiles pour les études à grande et moyenne échelle.

Cependant, leur application est limitée pour l’estimation du bilan hydrique à l’échelle de l’ouvrage qui dépend des conditions initiales du sol et des périodes de sécheresse, ce qui nécessite une modélisation à long terme (Flanagan et al., 2017). De plus, le contexte routier est problématique pour l’approche de modélisation.

Par exemple, les caractéristiques de débit d’entrée (débits de pic, volume, arrivée ponctuelle ou diffuse, uniforme ou pas) et de la structure de la chaussée que l’on peut trouver sous le sol nécessitent une description précise du processus d’infiltration et une représentation en plusieurs dimensions 2D ou 3D. Un modèle physique multidimensionnel permet d’améliorer la précision de la modélisation des processus hydrologiques dans ce type d’ouvrage et l’évaluation de leur performance à long terme.  

Modélisation hydrologique des noues filtrantes / ouvrages de biorétention 

Les différents modèles hydrologiques des noues filtrantes/ ouvrages de biorétention Les modèles utilisés pour la modélisation des ouvrages de biorétention sont nombreux. Ils sont classés dans le Tableau 1.5 par modèle physique et modèles conceptuels semi-distribués. Des informations concernant leur application, leur échelle spatiale et temporelle, et les processus hydrologiques modélisés sont également données.

Il est à noter que la majorité des modèles sont des modèles conceptuels basés sur la physique et qu’un seul modèle HYDRUS est mécaniste ou physique. Les trois modèles les plus utilisés dans la littérature sont RECARGA, SWMM et HYDRUS. RECARGA est développé à l’Université du Wisconsin pour déterminer l’impact hydrologique des systèmes de biorétention (Atchison et Severson, 2004). Il permet de modéliser un ouvrage de biorétention, avec stockage en surface, comprenant jusqu’à trois couches de sol et un drain.

Le logiciel peut effectuer des simulations en continu et calculer la teneur en eau du sol et chaque terme du bilan à un pas de temps fixe. Par contre, son utilisation est limitée, comme pour MPIRE, car la configuration de la cellule est imposée par le logiciel (Figure 1.14). Concernant le modèle SWMM, ce modèle comme mentionné précédemment est bien adapté aux grandes échelles comprenant plusieurs bassins versants (Niazi et al., 2017). C’est également le cas pour les autres modèles tels que : HEC-HMS, SWAT et MUSIC. 

 Modélisation sous HYDRUS 2D/ HYDRUS 2D-3D

Le logiciel HYDRUS 2D/3D (Šimůnek et al., 2016) est un modèle en éléments finis simulant le mouvement bidimensionnel et tridimensionnel de l’eau, de la chaleur et de solutés en milieu poreux à différents niveaux de saturation. Ce logiciel résout numériquement l’équation de Richards (Équation 4.1) pour l’écoulement de l’eau dans la zone saturée/insaturée et les équations de convection-dispersion pour le transport de chaleur et de soluté. Le ruissellement de l’eau en surface est décrit à l’aide de l’équation d’onde cinématique (Köhne et al., 2011) présente dans le module « Overland flow ». Ce module peut être incorporé dans HYDRUS 2D/3D. Le couplage écoulement superficiel 1D et écoulement dans le sol 2D s’effectue par l’intermédiaire des conditions atmosphérique limites.