AMÉNAGEMENT DES COURS D’EAU ET CONSERVATION DES …...i Résumé exécutif Le présent document s’inscrit dans le cadre du cours GAE-3005 Aménagement des cours d’eau et conservation

AMÉNAGEMENT DES COURS D’EAU ET CONSERVATION DES SOLS

GAE-3005

ÉQUIPE 1

Rapport 3

Stabilité et structure du cours d’eau

TRAVAIL PRÉSENTÉ À

M. Robert Lagacé

PAR :

Laurence Bibeault-Pinard (111 005 999)

Sophie Larrivée-Larouche (111 005 985)

Charles Malenfant (910 096 978)

Érika Ouellet (908 521 579)

Annie Plante-Fournier (906 314 694)

Décembre 2014

i

Résumé exécutif

Le présent document s’inscrit dans le cadre du cours GAE-3005 Aménagement des cours d’eau et

conservation des sols et est le dernier d’une série de trois rapports visant à caractériser un tronçon

de la rivière du Berger situé dans l’arrondissement des Rivières, ville de Québec. Le tronçon

étudié correspond à une section d’environ 150 m qui traverse le parc urbain de l’Escarpement et

s’écoule entre le boulevard Lebourgneuf (limite aval) et 150 m plus à l’amont. Le premier rapport

avait permis d’établir une description détaillée du tronçon à l’étude, le deuxième avait permis

d’effectuer une description du tronçon aux points de vue hydrologique, hydraulique et

géomorphologique, alors que le dernier discute plutôt de la stabilité du tronçon, des structures

aménagées et des problématiques associées.

D’abord, l’étude de la stabilité du tronçon a permis d’identifier les vitesses maximales de cette

section de la rivière du Berger et de les comparer aux vitesses d’écoulement des débits de crue

instantanés pour les récurrences 2, 10, 20, 50 et 100 ans calculés dans le rapport 2. Les valeurs

moyennes (entre la rive gauche et la rive droite) de ces vitesses sont respectivement de 1,03, 1,44

et 0,99 m/s pour les sous tronçons 1, 2 et 3.

Ensuite, les structures aménagées présente dans la zone à l’étude sont un seuil au sous tronçon 2

et un enrochement au sous tronçon 3. Leur caractérisation a été effectuée, ainsi que le calcul des

vitesses associées à ces structures. Dans le cas du seuil, les courbes de remous en fonction du

débit de récurrences ont été évaluées et représenter à l’aide de figure.

Finalement, les problèmes observés et potentiels ont été évalués. Les plus importants sont en lien

avec la méandrisation naturel du cours d’eau qui, en milieu urbain, risquent d’endommager les

structures et organisations anthropiques. D’abord, le sous tronçon 2 présente une forte érosion du

à l’enrochement en aval, puis l’angle du ponceau par rapport au cours d’eau représente un danger

pour sa longévité. Les solutions proposées sont en lien avec les techniques de génie végétal.

ii

Table des matières

Résumé exécutif ................................................................................................................................ i

Table des figures et des tableaux ..................................................................................................... ii

1. Introduction et description du mandat ...................................................................................... 1

2. Stabilité du tronçon .................................................................................................................. 2

2.1. Stabilité du fond ................................................................................................................. 2

2.1.1 Sous tronçon 1 ............................................................................................................ 3

2.1.2 Sous tronçon 2 ............................................................................................................ 3

2.2.3 Sous tronçon 3 ............................................................................................................ 3

2.2. Stabilité des talus ............................................................................................................... 4

2.2.1. Profil transversal 1 ..................................................................................................... 4




2.3. Vitesses d’écoulements et vitesses maximales .................................................................. 6

3. Structures aménagées ............................................................................................................... 9

4. Fossés, drains et autres structures .......................................................................................... 11

4.1 Drains ............................................................................................................................... 11

4.2 Enrochement .................................................................................................................... 12

5. Problèmes observés et potentiels ............................................................................................ 13

5.1. Problèmes observés ......................................................................................................... 14

5.1.1. Érosion sur la rive gauche ........................................................................................ 14

5.1.2. Fosse dans le sous tronçon 2 .................................................................................... 19

5.1.3. Émissaire pluvial ...................................................................................................... 19

5.2. Problèmes potentiels ........................................................................................................ 20

5.2.1. Angle du ponceau ..................................................................................................... 20

5.2.2. Apport d'eau supplémentaire .................................................................................... 21

5.2.3. Cage de gabions ....................................................................................................... 22

6. Conclusion .............................................................................................................................. 24

Bibliographie .................................................................................................................................. 25

Annexe A – Courbes de remous entraînées par la présence du seuil ............................................ A1

iii

Table des figures et tableaux

Tableau 1: Vitesses d’écoulement évaluées pour chaque sous tronçon étudié ................................ 2

Figure 1: Profil transversal 1 ............................................................................................................ 4




Tableau 2: Paramètres de calcul et vitesses maximales calculées ................................................... 7

Tableau 3 : Comparaison des vitesses d'écoulement et des vitesses maximales .............................. 8

Figure 5 : Localisation du seuil et du sous tronçon 2 (photo aérienne tirée de Bing, 2012) ............ 9

Tableau 4 : Caractéristiques des courbes de remous calculées pour les débits de différentes

récurrences ..................................................................................................................................... 10

Figure 6 : Profil de la section utilisée pour le calcul des courbes de remous ................................. 10

Figure 7 : Émissaire pluvial sur la rive droite, juste en amont du ponceau ................................... 11

Figure 8: Drain situé en amont du pont, sur la rive gauche............................................................ 12

Figure 9: Enrochements et cage de gabions présents dans le sous tronçon 3 ................................ 13

Figure 10: Plan de localisation des problèmes observés et potentiels ............................................ 14

(photo aérienne tirée de la carte interurbaine de la Ville de Québec, 2014) .................................. 14

Figure 11: Érosion importante en sommet de courbe (arbre arraché) ............................................ 15

Figure 12: Éventuelle méandrisation (photo aérienne tirée de Bing, 2013) ................................... 16

Figure 13: Technique végétale de type peigne (ADAM, 2013) ..................................................... 17

Figure 14: Impact de la solution sur la rivière (photo aérienne tirée de Bing, 2013)..................... 18

Figure 15: Profil transversal typique au sommet d’une courbe (LAGACÉ, 2014a) ...................... 19

Figure 16: Courbure du ponceau versus courbure naturelle (photo aérienne ................................ 21

tirée de la carte interactive de la Ville de Québec, 2014)............................................................... 21

Figure 17: Gabions et enrochement en amont du ponceau ............................................................ 23

Figure A1 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:2 ans ............................................. A1

Figure A2 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:5 ans ............................................. A1

Figure A3 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:10 ans ........................................... A1

Figure A4 - Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:20 ans........................................... A2

Figure A5 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:50 ans ........................................... A2

Figure A6 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1 :100 ans ........................................ A2

1

1. Introduction et description du mandat

La compréhension approfondie de l’écoulement et des spécificités d’un cours d’eau est

primordiale pour l’ingénieur qui se voit attribuer un quelconque projet d’aménagement, car ces

connaissances lui permettent de proposer un plan bien adapté et d’éviter des méthodes qui

pourraient aggraver la situation actuelle à long terme. Ce projet est donc dans le but de

familiariser les futurs ingénieurs aux différents aspects à considérer lors de l’aménagement d’un

cours d’eau.

Dans le cadre du cours GAE-3005 Aménagement des cours d’eau et conservation des sols,

quatre équipes se sont vu octroyer un tronçon respectif de la rivière du Berger, à Québec, afin

d’en effectuer la caractérisation. Suite à trois sorties terrains, l’analyse des données recueillies a

permis de dresser un portrait de la section attribué et de produire quelques études pertinentes sur

celle-ci. Le présent rapport fournit une description détaillée de la stabilité du tronçon du cours

d’eau étudié, des structures qui y sont aménagées et des problèmes observés et potentiels. Ce

document se trouve à être la troisième et dernière partie d’une série de trois documents produits

afin de caractériser en détails la section de la rivière qui s’écoule entre le boulevard Lebourgneuf

et 150 m à l’amont. Les documents précédents (BIBEAULT-PINARD et al., 2014a et 2014b),

quant à eux, s’attardent respectivement à une description détaillée de la zone déterminée puis à

l’étude hydraulique et hydrologique de celle-ci.

Les prochaines sections de ce rapport présentent donc d’abord la stabilité du fond et des talus de

la section à l’étude en lien avec les vitesses d’écoulement et maximales locales, puis les

différentes structures aménagées dans cette zone ainsi que leur caractérisation, les courbes de

remous et les vitesses associées et leurs impacts respectifs, ensuite les autres structures

présentes, pour finir avec les problèmes observés sur le terrain ainsi que les problèmes qui

pourraient survenir dans le futur.

2

2. Stabilité du tronçon

La stabilité d’un cours d’eau définit la capacité que possèdent le lit de l’écoulement et ses talus à

résister aux différentes forces d’érosion. Elle est fonction de plusieurs facteurs dont, entre autres,

la nature des matériaux en place, leur granulométrie, leur degré de cohésion, les vitesses

d’écoulement (selon les différents débits de récurrence), etc. Les prochaines sections permettent

d’analyser la stabilité du cours d’eau à l’étude et ce, pour chacun des sous tronçons et des profils

transversaux délimités dans les rapports 1 et 2 (BIBEAULT-PINARD et al., 2014a et b) et

prennent en compte les différentes caractéristiques énoncées dans ces mêmes rapports.

Pour le présent cours d’eau, la stabilité peut être évaluée en comparant les vitesses calculées pour

certains événements de récurrences faibles (1 :100 ans) à élevées (1 :2 ans) aux vitesses

maximales admissibles présentées dans la littérature et celles calculées. Les vitesses

d’écoulement pour chaque sous tronçon étudié de la rivière du Berger ont été évaluées au rapport

2 (BIBEAULT-PINARD et al., 2014b) et sont rapportées au tableau 1. Elles serviront de base de

comparaison pour les sections suivantes.

Tableau 1: Vitesses d’écoulement évaluées pour chaque sous tronçon étudié

Débit de récurrence 2 ans 5 ans 10 ans 20 ans 50 ans 100 ans

Débit (m3/s) 15,69 17,96 19,99 21,25 23,02 24,29

Vitesses d’écoulement (m/s)

Sous tronçon 1 1,78 1,85 1,90 1,94 1,98 2,01

Sous tronçon 2 1,22 1,29 1,35 1,38 1,43 1,46

Sous tronçon 3 2,93 3,01 3,08 3,12 3,17 3,21

2.1. Stabilité du fond

Afin d’évaluer la stabilité du lit d’un cours d’eau, il est possible de comparer les vitesses réelles

(récurrences 2 à 100 ans) aux vitesses maximales théoriques présentées dans la littérature et

reliées au matériel composant le lit du cours d’eau. Les sections suivantes proposent une

comparaison avec les valeurs proposées par l’USACE (1991) (adaptées dans LAGACÉ, 2014).

3

2.1.1 Sous tronçon 1

Le sous tronçon 1 s’écoule sur un lit composé de terre et de gravier fin. Selon l’USACE, la

vitesse maximale admissible pour un gravier fin est de 1,83 m/s. En comparant cette vitesse à

celles imposées au lit pour les récurrences 2 à 100 ans (tableau 1), il est possible de conclure que

le lit est relativement stable pour les débits fréquents, soit ceux de récurrences 2 et 5 (la vitesse

pour la récurrence 5 ans est légèrement supérieure à la vitesse maximale). Cependant les vitesses

des récurrences plus faibles (10, 20, 50 et 100 ans) sont supérieures à cette vitesse maximale, ce

qui signifie que le lit du sous tronçon est plus vulnérable à l’érosion à de tels débits. Il est à noter

que la vitesse maximale est pour le gravier fin; il n’est pas exclu que les particules plus fines

composant le cours d’eau (sable) ne soit pas emportées à des vitesses inférieures.


Le canal principal du sous tronçon 2 est formé d’un sol semblable à celui du premier sous tronçon

(sable grossier, gravier fin). Le fait que les vitesses soient plus basses que pour le premier est

probablement dû à la plaine inondable anthropique présente en rive droite, composée de gravier

grossier et offrant une plus grande résistance à l’écoulement. Ainsi, la vitesse maximale proposée

par l’USACE (1991) pour un lit composé de gravier fin (1,83 m/s) est respectée pour les vitesses

réelles de toutes les récurrences calculées. Tout comme pour le premier sous tronçon, il est

évident que les particules plus fines composant le cours d’eau (sable) sont susceptibles d’être

emportées à des vitesses inférieures à la vitesse maximale.


Le sous tronçon 3 présente des vitesses d’écoulement assez élevées en comparaison aux autres

sous tronçons et ce, en raison de sa géométrie presque parfaitement trapézoïdale et de son lit qui

oppose peu de résistance à l’écoulement. Selon la caractérisation initiale, son lit est composé de

terre et de gravier fin. La vitesse maximale à respecter est donc similaire aux deux autres

tronçons, soit 1,83 m/s, mais pourrait être révisée à la baisse en raison d’une plus grande présence

de sable grossier. Ainsi, pour ce cas, la vitesse maximale proposée par l’USACE (1991) est de

1,22 m/s. Or, les vitesses réelles pour toutes les récurrences sont supérieures aux vitesses

recommandées. Une érosion plus grande est donc à prévoir pour cette partie du cours d’eau, son

4

lit présentant une moins grande stabilité, même pour les débits plus fréquents. Évidemment, les

particules les plus fines seront emportées les premières, puis les plus lourdes.

2.2. Stabilité des talus

Étant donné que l’instabilité des talus peut jouer un rôle important dans le processus d’érosion

d’un cours d’eau (LAGACÉ, 2014), il est pratique de pouvoir prévoir leur stabilité en fonction du

matériau qui les compose. Ainsi, les sections suivantes présentent une comparaison des pentes de

talus observées pour les quatre profils transversaux étudiés avec les pentes de talus

recommandées aux États-Unis (NRSC, 2001 et CHOW, 1959, adapté dans LAGACÉ, 2014).

2.2.1. Profil transversal 1

Le profil transversal 1 est présenté à la figure 1. Il présente deux pentes de talus pour la rive

gauche; une pente dominante de 3:1 et une petite section de pente plus abrupte, soit de 1,4:1. En

rive droite, la pente du talus est de 1,4 :1.

Figure 1: Profil transversal 1

Le matériau constituant les talus est le même pour les deux rives et semble être composé de terre

(sable grossier, gravier fin). Selon la littérature, un tel talus devrait présenter une pente maximale

de 2 :1. Considérant ce critère, la rive gauche présenterait une assez bonne stabilité tandis que la

rive droite serait trop abrupte et plus vulnérable à une détérioration.


Le deuxième profil transversal, illustré à la figure 2, présente une large plaine inondable

composée de gravier fin (sable et gravier) de pente très faible 10,8:1 en rive droite. En rive

gauche, on observe une pente plus abrupte de 2,1:1. Cette disposition est typique du phénomène

de méandrisation. En effet, les dépôts de la rive droite peuvent être causés par une vitesse

RD RG

5

d’écoulement plus faible qu’en rive opposée, où une plus grande énergie cinétique provoque de

l’érosion.


Pour un sol protégé par de la pierre, la littérature propose une pente maximale de 1:1, ce qui est

largement respecté en rive droite, assurant ainsi une bonne stabilité à ce talus. Le talus en rive

gauche, quant à lui, est composé d’un sol plus sableux. Pour un tel sol, la pente maximale

recommandée est de 2:1, ce qui est tout juste respecté. Dans le cas présent et tel que mentionné

plus haut, la rive gauche est soumise à de plus grandes cinétiques d’écoulement. Ainsi, le talus

gauche est plus vulnérable à l’érosion et présentera par le fait même une moins bonne stabilité

qui pourra, à plus long terme, se traduire par une rupture et un effondrement.


Le profil transversal 3 est présenté à la figure 3. On peut y observer une pente de 1,8:1 pour la

rive droite, possédant un enrochement de 75-300 mm d’origine anthropique, ce qui respecte la

valeur limite de 1:1 proposée par la littérature pour un sol protégé par de la pierre. Le talus de

gauche est quant à lui composé de sable et gravier fin et présente une pente de 1,5:1. Cette

inclinaison est plus importante que la valeur de 2 :1 recommandée ; une évolution de la pente de

ce talus est donc à prévoir jusqu’à l’atteinte de l’angle de repos du matériel. Il est important de

réitérer qu’aucune analyse de sol n’a été effectuée et que les hypothèses du présent rapport sont

basées sur des observations visuelles seulement.


RD RG

RD RG

6


Le profil transversal 4 présenté à la figure 4 est presqu’entièrement anthropique. La rive droite

possède une pente de 1,8:1 et un enrochement avec pierres de 350-500 mm, ce qui assure une

bonne stabilité au talus car, pour un sol protégé par de la pierre, la pente recommandée est de 1:1.

En rive gauche, une plaine inondable de pente 7:1 composée de gravier et de dépôt sédimentaire

sableux de rivière garantit une bonne stabilité au talus, la littérature proposant une pente de 2:1

pour un sol sableux. Il est également possible d’observer un talus plus prononcé juste avant le

fond du côté gauche; avec le temps et le processus naturel d’érosion/sédimentation, celui-ci

tendra probablement à s’affaisser et à s’aligner avec la pente du haut.


2.3. Vitesses d’écoulements et vitesses maximales

Les vitesses d’écoulement dans le cours d’eau représentent un facteur déterminant dans la

stabilité du fond et des talus. En effet, plus la vitesse d’écoulement est élevée, plus les matériaux

en place sont soumis à des forces cinétiques importantes qui provoquent, à un certain point, le

phénomène d’entraînement de particules plus ou moins grosses, c’est-à-dire l’érosion. Ainsi, un

cours d’eau stable doit résister à la plus grande gamme de débits possible et certaines

interventions anthropiques, tel l’enrochement, peuvent permettent de le stabiliser davantage si

elles sont effectuées adéquatement.

Il est possible de calculer les vitesses maximales admissibles par la méthode des vitesses

maximales développée en 1977 par le Soil Conservation Service et encore largement utilisée par

la USDA-NRCS (2007). En posant l’hypothèse que le sol en place dans le cours d’eau est

majoritairement pulvérulent (sable, graviers fin et grossier), une granulométrie possédant un d75

d’environ 10 mm et une charge sédimentaire assez importante (supérieure à 20 000 ppm), il est

possible d’obtenir une vitesse maximale nominale d’environ 1,5 m/s à l’aide de l’abaque

RG RD

7

approprié (LAGACÉ, 2014). À partir de cette vitesse, la vitesse maximale peut être ajustée à

l’aide de l’équation suivante 1. Les différents coefficients sont trouvés à partir d’abaques (SCS,

1997 et USDA-NRCS, 2007).

Vm = VbpFDFBFA (éq.1)

Tel que :

Vm : vitesse maximale acceptable FD : facteur de correction profondeur d’écoulement

FB : facteur de correction pente des talus FA : facteur de correction rayon de courbure

Vbp : vitesse maximale nominale sol pulvérulent

Le tableau 2 présente les vitesses maximales acceptables pour le cours d’eau. Les pentes des talus

des sous tronçons 1 à 3 sont associés respectivement aux profils transversaux 1 à 3 étant donné

qu’ils représentent la section la plus à l’amont de chaque sous tronçon. Aussi, étant donné que les

pentes de talus sont différentes d’une rive à l’autre pour chaque sous tronçon, deux vitesses

maximales sont associées à chacun d’entre eux. Une moyenne des deux est présentée, mais dans

une optique d’aménagement éventuel du cours d’eau, il sera plus conservateur de retenir la

vitesse la moins élevée, c’est à dire la plus contraignante. Le tableau 2 résume également les

valeurs obtenues aux sections précédentes afin de mieux établir les corrélations et effectuer une

bonne analyse du tronçon à l’étude.

Tableau 2: Paramètres de calcul et vitesses maximales calculées

Sous tronçon Prof.

d'écoul. (m)

S S

recommandé Vbp

(m/s) Fd

(-) Fb

(-) FA

(-) Vm

(m/s)

Vm

moyen (m/s)

Vm

littérature

1 Rive Gauche 1,01 3,0 : 1 2 :1 1,5 1,02 0,85 1 1,30

1,03 1,83 Rive Droite 1,01 1,4 : 1 2 : 1 1,5 1,02 0,50 1 0,77

2 Rive Gauche 1,57 2,1 : 1 2 : 1 1,5 1,12 0,72 1 1,21

1,44 1,83 Rive Droite 1,57 10,8 : 1 1 : 1 1,5 1,12 1,00 1 1,68

3 Rive Gauche 1,23 1,5 : 1 2 : 1 1,5 1,05 0,50 1 0,79

0,92 1,22 Rive Droite 1,23 1,8 : 1 1 : 1 1,5 1,05 0,67 1 1,06

Les calculs des vitesses maximales du tableau 2 ont été faits à partir des hauteurs d’eau pour un

débit de récurrence 2 ans (associé au débit plein bord). Ce débit a été choisi étant donné qu’il a

8

une plus grande incidence sur la rivière. D’une part, il est le débit important le plus fréquent et,

d’autre part, il induit un facteur de correction pour la profondeur d’écoulement (FD) plus faible,

ce qui mène à une vitesse maximale plus faible, plus contraignante et, par le fait même, plus

conservatrice dans une optique d’aménagement du cours d’eau. Le facteur de correction pour le

rayon de courbure a été posé à 1, chaque sous tronçon étant relativement droit. De même, le

facteur de correction pour les pentes des talus très faibles, comme pour la rive droite du sous

tronçon 2 (10,8:1), a été posé à 1 étant donné qu’une pente aussi faible n’a que peu d’influence

sur la vitesse.

Le tableau 3 permet une comparaison entre les données des tableaux 1 et 2.

Tableau 3 : Comparaison des vitesses d'écoulement et des vitesses maximales

Débit de récurrence 2 ans 5 ans 10 ans 20 ans 50 ans 100 ans

Sous tronçon 1

Vitesse maximale (m/s) 1,83

Vitesse d'écoulement (m/s) 1,78 1,85 1,90 1,94 1,98 2,01

Sous tronçon 2



Sous tronçon 3



Cette comparaison permet de conclure que le tronçon à l’étude est souvent confronté à des

vitesses qui dépassent les vitesses maximales calculées et ce, pour toute les récurrences. Ceci

implique que le cours d’eau est soumis à une grande force érosive et confirme les observations

des deux rapports précédents à l’effet que de grands débits, entre autre dus aux interventions

anthropiques (développement résidentiel, apport d’eau pluvial, etc.), entraînent une certaine

instabilité du fond et des talus de la rivière.

Le calcul de la puissance du cours d’eau réalisée au rapport 2 a également permis de conclure que

les sous tronçons 1 et 3 se tressent activement alors que le sous tronçon 2 se méandrise

activement. L’ensemble du tronçon étudié peut ainsi être considéré comme un canal modérément

sinueux pour lequel, selon Schwab et al. (1966), il est recommandé de réduire les vitesses

maximales de 15 %. Si la méthode de calcul de la vitesse maximale avait été appliquée à un seul

méandre, le facteur de correction pour le rayon de courbure FA aurait pris en compte cette

particularité.

9

3. Structures aménagées

Le tronçon étudié présente une seule structure altérant l’écoulement, il s’agit du seuil situé au

centre du sous tronçon 2. La localisation du seuil et du sous tronçon 2 sont présentées à la figure

5 suivante. Cette figure est tirée du premier rapport, soit celui portant sur la description du cours

d’eau (BIBEAULT-PINARD et al., 2014a)

Figure 5 : Localisation du seuil et du sous tronçon 2 (photo aérienne tirée de Bing, 2012)

Le seuil en question est composé d’une série de roche d’un diamètre d’environ 200 mm. Il retient

l’eau en rive gauche, créant une courbe de remous dans le cours d’eau. Les différentes courbes de

remous en fonction des débits de récurrence 2 ans, 5 ans, 10 ans, 20 ans, 50 ans et 100 ans sont

présentés à l’annexe A. Il est à noter que ces dernières ont été obtenues par l’utilisation d’un

chiffrier Excel adapté de Jean-Loup Robert (LAGACÉ, 2014a).

Seuil

10

Ces courbes de remous ont permis de trouver les vitesses maximales associées au seuil dans cette

section du tronçon pour les différentes récurrences. Le tableau suivant présente les principales

caractéristiques des courbes de remous obtenues, ainsi que les vitesses maximales atteintes.

Tableau 4 : Caractéristiques des courbes de remous calculées pour les débits de différentes récurrences

Débit de récurrence 1 :2 ans 1 :5 ans 1 :10 ans 1 :20 ans 1 :50 ans 1 :100 ans

Débit (m3/s) 15,69 17,96 19,99 21,25 23,02 24,29

Zone d’influence amont (m) 150 200 250 250 300 350

Hauteur d’eau maximale (m) 1,69 2,01 2,39 2,68 3,19 3,65

Vitesse maximale atteinte (m/s) 1,38 1,58 1,76 1,87 2,02 2,14

Il est à noter que ces courbes ont été obtenues en simplifiant la géométrie de la sous-section en

amont du seuil. C’est-à-dire qu’à la hauteur du seuil se trouve une plaine inondable qui ne s’étend

pas sur tout le tronçon. Celle-ci n’a pas été prise en compte dans le calcul des courbes de remous.

La géométrie utilisée est présentée à la figure suivante.

Figure 6 : Profil de la section utilisée pour le calcul des courbes de remous

La base est de 5,6 m et le coefficient de Manning utilisé est celui calculé dans le premier rapport,

il a une valeur de 0,088 ((BIBEAULT-PINARD et al., 2014a). Bien que les pentes des talus

varient légèrement, une moyenne a été calculée et la valeur utilisée est de 1,8. Finalement, la

pente du tronçon est de 0,01 m/m.

11

Le seuil a pour impact d’entraîner une accélération des vitesses. Les vitesses maximales sont en

effet atteintes au seuil, ainsi qu’à l’aval de celui-ci. Cela peut avoir pour effet d’augmenter

l’érosion du fond du cours d’eau et de la berge gauche. Selon les courbes de remous calculées, les

hauteurs d’eau atteignent quant à elle leur élévation maximale à une distance amont d’en

moyenne 50 m. C’est donc à cette distance que les risques d’inondation sont les plus élevés.

4. Fossés, drains et autres structures

Cette section présente les autres structures et particularité retrouvées sur le tronçon étudié. Il

s’agit d’un émissaire pluvial et d'un enrochement.

4.1 Drains

Un émissaire pluvial est situé complètement en aval du tronçon, juste avant le pont (voir la figure

7). Il est sur la rive droite. Il s’agit d’une conduite de béton de près d’un mètre de diamètre,

sortant de l’enrochement sur un peu plus de deux mètres avant de déverser sur l’enrochement,

presque un mètre au-dessus de la ligne d’eau. Une grille fixe est posée à la sortie de l’émissaire.

Ce détail sera abordé à la section 5 - Problèmes observés et potentiels.

Figure 7 : Émissaire pluvial sur la rive droite, juste en amont du ponceau

À noter qu’il y a aussi la présence d’un drain très discret caché au travers de l’enrochement sur la

berge gauche, collé sur la structure du pont (figure 8). Il s’agissait dans ce cas d’un tuyau de PVC

12

d’environ 3 pouces de diamètre. L’ouverture est protégée des intrusions d’animaux par une toile

en une toile de jute.

Figure 8: Drain situé en amont du pont, sur la rive gauche

4.2 Enrochement

Tel que déjà mentionné dans la sous-section 2 de ce présent rapport, un enrochement est présent

sur toute la longueur du sous tronçon 3. Pour la rive gauche, cet enrochement est constitué de

trois éléments distincts, soient d'un enrochement avec des roches d'un diamètre entre 150-500

mm, de cage de gabions et d'un enrochement, tous les deux composés de roches entre 0-150 mm.

Pour la rive droite, seul les 2 premiers éléments sont présents. L'enrochement avec des roches de

plus grandes dimensions est placé en bordure de rivière et prend appui sur les cages de gabion.

Les deux types d'enrochement ont été rajoutés lors des travaux effectués en 2013. Les cages de

gabions étaient présentes avant l'élargissement du boulevard Lebourgneuf. La figure 9 présente

ces différents éléments. De plus, sur la rive droite, à la jonction du sous tronçon 3 et 2 des roches

variant de 75 à 300 mm sont présentes pour protéger le pied de talus.

13

Figure 9: Enrochements et cage de gabions présents dans le sous tronçon 3

5. Problèmes observés et potentiels

Dans cette section du rapport, les problèmes observés et potentiels sont présentés, de même

qu'une brève description de la solution proposée. La figure 10 présente la localisation des

différents problèmes du tronçon à l'étude. À noter qu'une photo antérieure aux travaux (effectués

en 2013) a été utilisée compte tenu qu'elle permettait une meilleure visualisation du tronçon.

14

Figure 10: Plan de localisation des problèmes observés et potentiels

(photo aérienne tirée de la carte interurbaine de la Ville de Québec, 2014)

5.1. Problèmes observés

5.1.1. Érosion sur la rive gauche

Le premier problème observé consiste en une forte érosion sur la rive gauche du sous tronçon 1

et 2 (voir l'élément 1, de la figure 10 pour la localisation par rapport au tronçon).

Cette érosion résulte du processus naturel de méandrisation de la rivière du Berger, tel que déjà

expliqué à la section 2 et dans le rapport 1 (BIBEAULT-PINARD et al., 2014a). De plus, le

phénomène est amplifié par la présence de l'enrochement en amont du tronçon étudié,

concentrant les vitesses d'écoulement sur l'extérieur de la courbe dans le méandre suivant. La

forte présence des glaces sur la rivière en hiver vient éroder davantage cette même zone.

Légende:

1 : Érosion sur la rive gauche

2 : Fosse

3 : Émissaire d’eau pluvial

4 : Angle du ponceau (non apparent

sur cette photo antérieure aux travaux)

5 : Ruissellement d’eau et transports

de sédiments en provenance du

boulevard Lebourgneuf

6 : Cage de gabions et enrochement

15

Les impacts observés sont donc un talus à 90o et une végétation absente des talus. Compte tenu

de la hauteur normale de l'eau, le sol est érodé de façon importante à sa base, laissant une mince

couche de sol au sommet. Plusieurs arbres sont fortement inclinés, un est même tombé,

démontrant une rupture du sol due à l'érosion. La figure 11 présente les impacts observés.

Figure 11: Érosion importante en sommet de courbe (arbre arraché)

Un phénomène de méandrisation est naturel et ne pose, en milieu non urbain, aucun problème.

Cependant, la proximité du boulevard Lebourgneuf pose un réel problème si cette érosion n'est

pas stoppée. En effet, tel que présenté à la figure 12, les méandres vont progressivement évoluer

vers le remblai et la route; mettant en danger la structure.

16

Figure 12: Éventuelle méandrisation (photo aérienne tirée de Bing, 2013)

La situation actuelle correspond à la courbe en rouge sur la figure 12. Évidemment, l'évolution

des méandres est progressive et peut être influencé par plusieurs facteurs (davantage de

précipitation favorisant de grands débits, température froide en hiver favorisant la formation des

glaces, etc.)

La solution à ce problème est de réorienter le processus de méandrisation. Pour ce faire, il est

proposé d'utiliser une technique de génie végétal de type peigne. Cette technique consiste à un

amas de végétaux, terre et semence, le tout stabilisé à l'aide de broche et de pieux (ADAM,

2013). L'arbre tombé et les différents débris végétaux transportés par la rivière pourraient être

utilisés dans cette technique. La figure 13 présente les différents éléments de cette technique.

17

Figure 13: Technique végétale de type peigne (ADAM, 2013)

Cette technique peut être utilisée dans l'extérieure de la courbe du méandre et particulièrement au

sommet de la courbe. L'utilisation de plantes indigènes est à prioriser, notamment du saule et du

cornouiller, relevés lors de la visite de terrain (BIBEAULT et al., 2014a). Cela permettrait à la

végétation de se développer, freinant l'érosion et évitant au méandre de continuer à se développer

dans cette direction. La figure 14 présente les possibles effets de cette technique au niveau de

l'orientation des méandres. Compte tenu que la rive gauche serait stabilisée, le méandre irait

éroder la rive droite en aval, protégeant la route. La ligne rouge représente la rive droite dans son

état actuel et les lignes, le possible profil de la rivière.

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Figure 14: Impact de la solution sur la rivière (photo aérienne tirée de Bing, 2013)

Cette technique possède de nombreux avantages, notamment l'utilisation de matériaux transportés

par la rivière (tronc d'arbre, branches, etc). Les graines transportées par la rivière favorisent le

développement d’une végétation propre à la rivière du Berger. En utilisant l'arbre tombé dans le

peigne, cela évite de futurs embâcles pouvant survenir si cet arbre était déplacé jusqu'au ponceau.

19

5.1.2. Fosse dans le sous tronçon 2

La méandrisation est très présente notamment dans le sous tronçon 2. Au sommet de la courbe,

une fosse est créée et a fait tomber un arbre (voir l'élément 2, dans le plan de localisation, soit la

figure 10). Ce dernier est d'ailleurs légèrement en aval de la fosse. Le profil transversal présenté à

la figure 15 illustre le phénomène typique de la création d’une fosse lors d’un processus de

formation de méandres.

Figure 15: Profil transversal typique au sommet d’une courbe (LAGACÉ, 2014a)

La solution à ce problème est intégrée à la solution pour l'érosion présentée à la section

précédente. En effet, l'emplacement idéal pour le peigne se situe au sommet de la courbe. Il

faudrait assécher légèrement la fosse en effectuant les travaux en période d'étiage pour bien

installer le peigne. Une fois cela fait, l'eau viendrait alimenter les végétaux présents dans la

technique.

5.1.3. Émissaire pluvial

Bien qu'il n'affecte pas directement le tronçon à l'étude, l'émissaire pluvial présent dans

l'enrochement du sous tronçon 3 est sujet à problème (élément 3 sur la figure 10). En effet, sa

grille n'est pas mobile, accumulant les déchets selon les apports d'eau. Au moment des visites de

terrain, la sortie était partiellement obstruée et elle peut continuer à se remplir jusqu'à une

obstruction complète. Une sortie bouchée entraînerait des problèmes dans le réseau pluvial, tel

que des refoulements. La grille fixe devrait être remplacée par une grille mobile et un entretien

régulier est nécessaire.

Également, le tuyau est en suspension dans l'enrochement; l'eau forme une chute en sortant. À

long terme, cela peut venir endommager l'enrochement. Le problème le plus critique est toutefois

l'affouillement créé dans la rivière lorsque l'émissaire est à pleine capacité. Dans cette situation et

20

de par sa position en hauteur dans l'enrochement, l'émissaire, rejette ses eaux directement dans la

rivière et ce, avec une grande hauteur de chute, favorisant l'érosion du fond de la rivière. Lors des

visites de terrain, il a été impossible de vérifier si une fosse était déjà présente; le niveau d'eau

était trop haut à cet endroit. Par contre, il est fort possible que cela soit le cas et que ce

phénomène continu. Cela peut devenir très problématique dans la mesure où le sol supportant

l'enrochement peut s'éroder, mettant en péril la structure. En termes de solution, idéalement, il

faudrait vérifier si les eaux que cet émissaire pluvial transportent peuvent être détournées vers un

autre endroit. Dans la réalité, cela risque d'être difficile d'effectuer, donc il s'assurer d'avoir une

surveillance de la progression de la fosse, pour éviter que l'enrochement ne soit atteint.

Également, dans une optique de diminuer les occurrences de pleine capacité, des méthodes de

gestion des eaux pluviales dans le quartier en amont de cet émissaire seraient à considérer. Il peut

s'agir de bassins de rétention, de jardins de pluie, de bassins d'infiltration, etc. Finalement, la

coupe du tuyau en biseau pour épouser la pente de l'enrochement permettrait de diminuer la

hauteur de chute lors des petits débits et diminuer la capacité de projeter l'eau dans la rivière lors

de plus grands débits.

5.2. Problèmes potentiels

5.2.1. Angle du ponceau

Des travaux pour l'élargissement du boulevard Lebourgneuf ont été effectués en 2013. Dans le

cadre de ceux-ci, le ponceau a été prolongé dans le même axe qu'antérieurement et un

enrochement de part et d'autre des rives a été effectués. Bien que les travaux ne soient pas

représentés sur le plan de localisation (figure 10), l'emplacement futur du ponceau est représenté

par l'élément numéro 4. Tel que représenté à la figure 16, l'angle du ponceau n'est pas en accord

avec la courbure naturelle de la rivière.

21

Figure 16: Courbure du ponceau versus courbure naturelle (photo aérienne

tirée de la carte interactive de la Ville de Québec, 2014)

En effet, la rivière vient se frapper sur l'enrochement et sur les parois du ponceau. Les vitesses se

concentrent sur la rive droite, venant favoriser l'érosion. De plus, avec le phénomène de

méandrisation présent sur la rivière du Berger, cette courbure naturelle aurait normalement

tendance à s'accentuer, augmentant les forces exercées sur l'enrochement et sur les parois du

ponceau. Une surveillance de l'évolution des méandres et de la dégradation du béton est donc à

prévoir.

Pour amenuiser ce problème, il faut réduire les vitesses pour diminuer les forces exercées sur le

ponceau et sur l'enrochement. Pour ce faire, favoriser la végétation sur les berges est une bonne

option. En appliquant la solution proposée pour diminuer l'érosion sur la rive droite en amont,

cela permettrait de développer de la végétation et de diminuer les vitesses.

5.2.2. Apport d'eau supplémentaire

La rivière du Berger est une rivière dont l’écoulement fluctue énormément, surtout lors des

périodes de crues en automne et en hiver. Un apport d'eau supplémentaire (élément 5 sur la figure

10) pourrait venir influencer le débit et créer des problèmes d'inondations ou affecter des

structures en aval du tronçon à l'étude. Également, les sédiments transportés dans cette eau

peuvent créer des problèmes en réduisant la section d'écoulement. Lors des visites de terrain, un

22

banc de sable était présent dans le ponceau, probablement le résultat des sables utilisés sur le

boulevard Lebourgneuf l'hiver. Deux éléments anthropologiques viennent gonfler le débit et

apporter des sédiments; en effet, l'émissaire pluvial (élément 3 sur la figure 10) et le

ruissellement provenant du boulevard Lebourgneuf (élément 5 sur la figure 10) viennent se jeter

dans la rivière. Pour l'émissaire pluvial, des techniques de gestion des eaux pluviales dans le

quartier en amont permettraient de diminuer les apports d'eau et de sédiments, de diminuer

l'occurrence des coups d'eau et possiblement, de traiter l'eau provenant des rues du quartier

adjacent à la rivière. La création de jardin de pluie, la récupération d'eau dans des barils ou encore

des bassins de rétention ou de sédimentation pourrait diminuer les apports d'eau et possiblement

de sédiments (selon la solution choisie) à la rivière. Une combinaison de plusieurs de ces moyens

de gestion des eaux pluviales permettraient, dans l'ensemble, un meilleur résultat. Pour le

ruissellement du boulevard Lebourgneuf, la bande riveraine au sous tronçon 3 est composée

d'herbacée et d'enrochement. Ces deux éléments captent très peu du volume d'eau qui ruisselle et

des sédiments qu'elle transporte. Il faudrait diversifier la végétation, en plantant notamment des

arbustes, de préférence indigènes au Québec. Cela permettrait non seulement de diminuer le

ruissellement et les sédiments, mais également de filtrer l'eau provenant du boulevard

Lebourgneuf.

5.2.3. Cage de gabions

Antérieurement aux travaux d'élargissement du boulevard Lebourgneuf (en 2013), des cages de

gabions étaient présentes. Lors des travaux, un enrochement a été placé devant et sur le dessus

des cages (voir figure 17). Ces éléments ont été précédemment décrits à la section 4 de ce

rapport.

23

Figure 17: Gabions et enrochement en amont du ponceau

L'enrochement, combiné aux cages de gabions a été effectué de façon très conservatrice et ne

favorise pas le développement de la végétation. Pour compenser, tel que suggéré précédemment,

il faudrait favoriser la végétation au-dessus de l'enrochement. De plus, une surveillance de

l'évolution de l'état des cages de gabion est suggérée puisque celle-ci peuvent se dégrader avec le

temps. De plus, lorsque l'enrochement sera repris (dans plusieurs années), des techniques plus en

accord avec la nature seraient à prioriser.

24

6. Conclusion

Le présent document a permis de conclure la caractérisation de la rivière du Berger sur un

tronçon s’écoulant entre le boulevard Lebourgneuf et 150 m en amont. Il s’est attardé plus

spécifiquement à la stabilité du cours d’eau, aux structures aménagées ainsi qu’aux problèmes

associés au tronçon à l’étude.

Ainsi, l’étude de la stabilité du tronçon a permis d’identifier les vitesses maximales de cette

section de la rivière du Berger, soit des vitesses maximales moyennes (entre la rive gauche et la

rive droite) de respectivement 1,03, 1,44 et 0,99 m/s pour les sous-tronçons 1, 2 et 3. Puis, les

deux structures aménagées, soit le seuil à la sous tronçon 2 et l’enrochement à la sous tronçon 3

ont été caractérisées. Puisque le seuil en question engendre une courbe de remous, celle-ci fut

également décrite et représenté par plusieurs figures selon différents débits de crues. Finalement,

les problèmes associées au tronçon ont été évalués. Ceux-ci sont particulièrement dus à la

méandrisation naturel du cours d’eau. Les deux principaux sont l’érosion majeure de la rive

gauche de la sous-section 2 dû à l’enrochement en aval et l’angle problématique du ponceau sur

lequel repose le boulevard Lebourgneuf. Des techniques de génie végétal sont proposées afin

d’atténuer ces problèmes.

25

Bibliographie

ADAM, Philippe. 2013. Bioingénierie des cours d'eau et des systèmes naturels (notes de cours).

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VILLE DE QUÉBEC, 2014. Carte interactive - Vue aérienne 2014. [En ligne].

http://carte.ville.quebec.qc.ca/carteinteractive/. Page consultée le 14 décembre 2014.

A1

Annexe A – Courbes de remous entraînées par la présence du seuil

Figure A1 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:2 ans



A2

Figure A4 - Courbe de remous pour un débit de récurrence 1:20 ans


Figure A6 : Courbe de remous pour un débit de récurrence 1 :100 ans

Documents

AMÉNAGEMENT DES COURS D’EAU ET CONSERVATION DES …...i Résumé exécutif Le présent document s’inscrit dans le cadre du cours GAE-3005 Aménagement des cours d’eau et conservation