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Méthode des volumes (HU)
Traduction anglaise : Volumes design method
Dernière mise à jour : 31/07/2023
Méthode simplifiée permettant de déterminer le volume de stockage des bassins de retenue ou autres ouvrages de stockage-infiltration.
Hypothèses de départ
La méthode repose sur les hypothèses suivantes (Desbordes, 1975) :
- le débit de fuite de l'ouvrage de stockage est supposé constant ;
- il y a transfert instantané de la pluie à l'ouvrage de retenue ; les phénomènes d'amortissement dus au ruissellement sur le bassin sont donc négligés ; cela veut dire que cette méthode ne sera applicable que pour des bassins versants relativement petits ;
- les différentes grandeurs (débit de fuite et volume de l'ouvrage) sont adimensionnalisées en les divisant par la surface active du bassin versant, on raisonne ainsi en débit spécifique (de dimension $ L.T^{-1} $) et en volume spécifique (qui a la dimension d'une hauteur d'eau $ L $).
Principes de la méthode
La méthode des volumes essaye de prendre en compte la distribution temporelle des apports dans l'ouvrage de stockage en utilisant un traitement voisin de la méthode des pluies appliqué à une série chronologique de pluies réelles observées. La figure 1 illustre graphiquement le traitement statistique effectué sur les données. On trace sur un graphe temporel le cumul des volumes (exprimés en hauteurs de pluie) produits successivement par chaque pluie ainsi que le cumul des volumes (également exprimés en hauteurs d'eau) évacués, avec l'hypothèse d'un débit de fuite constant tant qu'il y a de l'eau dans l'ouvrage et nul une fois l'ouvrage vide. La vidange ne se terminant que lorsque l'ouvrage est vide, plusieurs événements pluvieux successifs peuvent donc se cumuler dans un cycle de remplissage /vidange de l'ouvrage. La différence, à chaque instant, entre la hauteur produite et la hauteur évacuée: $ ΔH(t, qs) $ correspond à la hauteur (au volume spécifique) qui doit être stockée dans l'ouvrage.
On peut en déduire la valeur maximum $ ΔHmax(i, qs) $, soit pour l'événement $ i $ si on raisonne par événement, soit pour la période de temps $ i $ si on raisonne par période de temps (par exemple par jour, par mois, par année). Le choix du mode de dépouillement (raisonner par événements ou par période de temps) conditionne les résultats et en particulier la façon d'en déduire un risque de dépassement d'une hauteur (i.e. d'un volume spécifique).
Une des façons les plus simples d'effectuer ce traitement, qui est acceptable pour les grandes périodes de retour (par construction au minimum supérieure à 1 an) et à condition que la série soit longue, consiste à travailler par année. Pour chaque année $ i $ et pour chaque débit spécifique $ qs $ , on calcule ainsi la hauteur $ Δhmax(i, qs) $ qui représente la plus grande différence observée pendant l'année i entre la courbe des hauteurs apportées et celles des hauteur évacuées. On réalise ensuite le classement fréquentiel de ces valeurs maximales de façon à construire un graphe $ Δhmax (qs, T) $ en fonction de $ qs $ et $ T $ (voir la figure 2).
C'est cette méthode qui a été utilisée pour construire les abaques de l'Instruction technique de 1977 qui proposait des courbes moyennes sur les grandes régions pluviométriques (Ministères, 1977). Cette méthode est cependant critiquable car il est parfaitement possible d'observer plusieurs événements très forts la même année. Elle conduit donc à sous-estimer le risque d'apparition des événements forts. A ce sujet, voir Analyse fréquentielle (HU).
Intérêts et limites de la méthode des volumes
La méthode des volumes présente l'intérêt, par rapport à la méthode des pluies, de prendre en compte la répartition temporelle réelle des pluies dans le temps (à la fois en terme d'enchainements des événements et de forme des hyétogrammes). De ce fait elle conduit souvent à des volumes d'ouvrage supérieurs, ce que l'on peut interpréter comme une correction de la sous-estimation due à la méthode des pluies. Ces écarts sont d'autant plus importants que la période de retour est grande et que le débit de fuite est faible, ces deux conditions augmentant le risque de superposition d'événements pluvieux (voir figure 3).
Nota : Cette sous-estimation des volumes calculés par la méthode des pluies peut cependant en grande partie être réduite en optimisant sa mise en œuvre ; voir Méthode des pluies.
La méthode des volumes présente cependant toujours la même limite gênante relative à la nécessité de prendre en compte un débit de restitution constant. Comme pour la méthode des pluies il est donc conseillé de compléter cette méthode par la méthode des débits une fois les variables de conception fixées.
Par ailleurs le temps de construction des abaques peut être relativement long et cette méthode n'est réellement intéressante que si on pense utiliser ces abaques plusieurs fois. C'est par exemple le cas pour une collectivité qui possède une bonne série de données pluviométriques (EC Eau, 2017). Dans le cas d'une utilisation pour un seul ouvrage il est préférable de travailler directement avec la méthode des débits.
Bibliographie :
- Desbordes, M. (1975) : Quelques méthodes de calcul des bassins de rétention des eaux pluviales ; Centre belge d’étude et de documentation des eaux ; N°377 ; avril 1975
- EC.eau (2017) : Adaptation de la Méthode des Volumes à la pluviométrie rennaise ; étude menée pour Rennes Métropole / Pôle Ingénierie et Services Publics ; Rapport de phase 3 ; 14p.
- Ministères (1977) : Instruction technique relative aux réseaux d'assainissement des agglomérations ; Ministère de la culture et de l'environnement, Ministère de l'équipement et de l'aménagement du territoire, Ministère de l'agriculture, Ministère de la santé et de la sécurité sociale ; IT 77 284 INT ; Imprimerie nationale ; Paris ; 62 p + annexes.
Voir aussi : Méthode des débits, Méthode des pluies.
