Des chercheurs de l’Université de Liège et de l’Université de Purdue ont mis au point un modèle informatique qui permet de mesurer l’influence de l’urbanisation sur les dommages causés par les inondations. Coordonné par Benjamin Dewals (Unité de recherches UEE – Faculté des Sciences appliquées) le projet ARC FloodLand suggère la mise en place de recommandations urbanistiques qui pourraient limiter la hauteur des inondations dans les villes. Cette étude a fait l’objet d’une publication dans la revue Science of the Total Environment(1).
L
es inondations sont responsables de près d’un tiers des dommages économiques dus aux catastrophes naturelles. Or, on sait que le risque d’inondation en zones urbaines va encore s’accroître au cours du siècle en raison du changement climatique et d’une urbanisation grandissante. Si les risques d’inondations sont inévitables, leur impact sur les villes pourrait être davantage maitrisé. C’est en tout cas ce qu’on tenté de modéliser Benjamin Dewals et ses collègues de l’Université de Liège et de l’Université de Purdue (Etats-Unis) dans le cadre du projet FloodLand(*).
« L’objectif du projet scientifique FloodLand était de mesurer l’influence de l’urbanisme sur les dommages potentiels liés aux inondations, explique Benjamin Dewals, ingénieur en hydraulique au Laboratoire HECE (Hydraulics in environmental and civil engineering). Ce projet, basé sur une approche interdisciplinaire, a rassemblé différents services de l’Unité de Recherches Urban and Environmental Engineering (UEE) de la Faculté des Sciences appliquées dont notamment des chercheurs en urbanisme, hydrologie, hydraulique et modélisation des transports.
Quelques exemples de simulations de centres urbains étudiés dans le cadre du projet.
« La plupart des études réalisées jusqu’ici analysaient de nombreux aspects de l'influence de l'urbanisation sur les inondations, mais ignoraient généralement l'impact de la géométrie du modèle urbain sur la gravité des inondations, explique le Pr Jacques Teller, Directeur du LEMA et collaborateur du projet. Les caractéristiques urbaines - comme la largeur, l'orientation ou la courbure d’une rue -peuvent avoir une forte influence sur le débit d'inondation car elles influent sur la répartition des eaux entre les rues, ainsi que sur la profondeur et la vitesse d'écoulement. »
Dans le cadre du projet FloodLand, les chercheurs ont considéré l'ensemble de la chaîne des risques, depuis l'impact climatique, en passant par la modélisation hydrologique et hydraulique, jusqu'à l'estimation des dommages et des risques. L'analyse s’est faite sur deux niveaux spatiaux: le niveau du bassin versant (analyse méso-échelle) et le niveau des plaines inondables (analyse micro-échelle).
« L’originalité de cette étude réside dans l’analyse paramétrique de l’impact des tissus urbains sur les inondations, souligne Ahmed Mustafa, doctorant au LEMA. » C’est dans ce cadre que les chercheurs ont décidé d’étudier l’influence des configurations urbaines à petite échelle sur la sévérité des inondations par débordement de rivières en plaine inondable. Pour ce faire les chercheurs ont eu recours à un système de génération automatique de configurations urbaines développé à l’Université de Purdue, afin de générer près de 2.000 quartiers urbains « synthétiques » sur base de plusieurs paramètres comme, par exemple, la largeur des rues, le degré d’urbanisation ou la distance entre bâtiments.
Analyse hydraulique de 2000 tissus urbains synthétiques pour déterminer les caractéristiques urbanistiques maximisant la résilience aux inondations.
Une fois ces 2.000 centres urbains générés, les chercheurs ont utilisé le modèle hydraulique WOLF2D - développé à l’Université de Liège - pour calculer les caractéristiques des inondations pour chacun d’entre eux. « Notre modèle hydraulique a été enrichi pour simuler les inondations dans cet ensemble de configurations, précise Martin Bruwier, chercheur postodoctoral au Laboratoire HECE et premier auteur de la publication(2). Le modèle développé a calculé les écoulements hydrauliques de manière particulièrement efficace en représentant le tissu urbain comme une sorte de « milieu poreux » dont les caractéristiques dépendent d’informations topographiques et de paramètres urbanistiques. »
L’analyse des relations entre les caractéristiques urbaines et celles d’inondations a révélé que l’augmentation des hauteurs d’eau consécutives à de nouveaux développements urbains pouvait être compensée par une disposition adaptée des bâtiments. Pour les configurations analysées, l’augmentation de la fragmentation du tissu urbain et des distances entre bâtiments contribuerait à une réduction significative des hauteurs d’inondations.Le projet FloodLand ouvre donc la voie à l’élaboration de recommandations visant à promouvoir un développement urbain plus résiliant aux inondations afin d’en limiter les dommages.
(*) Le projet Floodland entre dans le programme des ARC – Actions de Recherche Concertées – de l’Université de Liège. Ce programme vise au développement de centres d'excellence en recherche, prioritaires pour l'Université de Liège, au moyen de projets cohérents introduits par des équipes confirmées. Ceux-ci se déploient sur 4 années et intègrent de préférence des équipes de spécialités complémentaires. Les projets sont soumis à l'évaluation d'experts internationaux, avant examen par les Conseils à la Recherche et à la Valorisation.
(1) M. Bruwier, A. Mustafa, D. G. Aliaga, P. Archambeau, S. Erpicum, G. Nishida, X. Zhang, M. Pirotton, J. Teller, and B. Dewals, “Influence of urban pattern on inundation flow in floodplains of lowland rivers,” Science of The Total Environment, vol. 622–623, no. Supplement C, pp. 446–458, 2018.
consulter la publication sur ORBI
(2) M. Bruwier, P. Archambeau, S. Erpicum, M. Pirotton, and B. Dewals, “Shallow-water models with anisotropic porosity and merging for flood modelling on Cartesian grids,” Journal of Hydrology, vol. 554, no. C, pp. 693–709, 2017
consulter la publication sur orbi
Unité de Recherche UEE I Laboratoire HECE (Hydraulics in Environmental and Civil Engineering)
Martin BRUWIER
Unité de Recherche UEE I LEMA (Local Environment Management and Analysis)
Ahmed MUSTAFA
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