Session B2 - Modélisation résilience des solutions face au changement climatique

L’urbanisation rapide et le changement climatique ont accru les pressions sur les systèmes de drainage conventionnels dans des villes comme Bogotá, favorisant l’adoption de Systèmes de Drainage Urbain Durable (SuDS). Cette étude propose le développement d’une méthodologie flexible pour la conception de SuDS, dans le but d’atténuer divers impacts du changement climatique. La méthodologie a été appliquée à un cas d’étude à Bogotá, axé sur la conception de tranchées de biorétention dans un bassin versant urbain situé à Teusaquillo (Bogotá), en tenant compte des scénarios climatiques futurs. Les données historiques (1981–2009) et les projections CMIP6 ont été intégrées en utilisant un modèle de bilan hydrique journalier et une simulation stochastique de Monte Carlo. Les résultats montrent une diminution des performances dans les scénarios plus chauds et plus secs, bien que les configurations optimisées atteignent des efficacités proches de 30 %, surpassant largement le modèle de référence (<1 %). La méthodologie proposée démontre la faisabilité et la résilience des SuDS face au changement climatique, tout en offrant un cadre reproductible pour leur évaluation et leur conception dans les villes d’Amérique latine confrontées à des contraintes urbaines et de disponibilité de données fiables.

L'activité de recherche vise à évaluer le rôle des solutions naturelles pour la gestion des eaux pluviales (NBS-Sw) dans la résilience urbaine face au changement climatique. La simulation continue de la réponse hydrologique et hydraulique d'un bassin versant urbain est réalisée à l'aide du modèle EPA SWMM avec une résolution temporelle inférieure à une heure. À cette fin, l'étude de cas du quartier de Sampierdarena à Gênes, dans le nord de l'Italie, a été sélectionnée ; la zone d'étude (143 ha) et le système de drainage correspondant sont schématisés à l'aide de 90 sous-bassins versants et 137 conduites de raccordement où aucune NBS-Sws n'est mise en œuvre (scénario de référence), tandis que le déploiement généralisé de NBS-Sw représente le scénario NBS-Sw. Le climat passé et futur a été simulé sur le domaine ALP3 et la correction des biais a été effectuée à la fois sur les températures minimales et maximales quotidiennes et sur les précipitations horaires, ces dernières ayant en outre été réduites statistiquement à une résolution de 5 minutes. Les résultats hydrologiques à long terme (série de 5 ans) confirment que le scénario NBS-Sw contribue à restaurer partiellement les processus d'évapotranspiration et d'infiltration et à réduire de manière significative le volume des inondations, respectivement de 90 % et 56 % dans le climat actuel et futur.

Cette étude évalue la capacité des orages de projet basés sur le modèle IDF à représenter les impacts hydrologiques et qualitatifs des orages réels de périodes de retour équivalentes. À partir d'un enregistrement pluviométrique de 44 ans, les orages réels correspondant à différentes périodes de retour ont été identifiés grâce à la distribution de Weibull et comparés à trois configurations d'orages dérivés du modèle IDF : (i) orages standardisés sur 24 heures, (ii) orages de durée fixe utilisant la hauteur de pluie IDF et (iii) orages de profondeur fixe utilisant la durée basée sur le modèle IDF. Les réponses aux orages ont été évaluées dans le logiciel SWMM à l'aide de trois indicateurs de performance basés sur des seuils : la hauteur d'inondation des rues, la contrainte de cisaillement à l'exutoire et la concentration en MES. 

Les résultats montrent que les orages de durée fixe reproduisent le plus fidèlement les durées de dépassement observées lors des orages réels pour les inondations et la contrainte de cisaillement. Les orages de profondeur fixe correspondent mieux au comportement réel de dépassement des seuils de MES, tandis que les orages standardisés sur 24 heures, en raison de leur profil d'intensité plus régulier, produisent des estimations de dépassement plus prudentes et plus faibles pour tous les indicateurs. Bien qu'aucune configuration basée sur l'IDF ne reproduise entièrement la réponse du système aux tempêtes réelles, les tempêtes à durée fixe ont fourni l'approximation la plus cohérente sur l'ensemble des indicateurs, tandis que la tempête de 24 heures a servi d'option conservatrice et conforme à la réglementation pour la conception préliminaire.

Les données relatives à l'humidité du sol sont essentielles pour décrire les processus hydrologiques des surfaces naturelles. Elles jouent un rôle mineur dans la modélisation des systèmes de drainage urbains imperméables, mais la présence croissante d'espaces verts dans les environnements urbains ouvre la possibilité de les utiliser également pour améliorer les modèles de drainage urbain. Dans le cadre de ce travail, l'impact des données sur l'humidité du sol dans le processus d'optimisation d'un modèle de bassin versant périurbain dans SWMM a été étudié. À l'aide d'une approche d'estimation généralisée de l'incertitude (GLUE), deux scénarios d'étalonnage ont été réalisés. Dans le premier scénario, seules les données de débit ont été utilisées pour optimiser le modèle, tandis que dans le second, les données de débit et d'humidité du sol ont été utilisées. Les deux scénarios ont ensuite été comparés pendant une période de validation. Les résultats ont révélé une légère amélioration de la précision des prévisions d'humidité du sol pour le deuxième scénario, mais aucune amélioration n'a été observée pour les prévisions de débit. Cependant, une réduction de l'incertitude des prévisions a été constatée pour le deuxième scénario pour tous les résultats. Des investigations plus détaillées sont nécessaires, mais les résultats préliminaires de cette étude ont montré que les données sur l'humidité du sol pouvaient réduire l'incertitude du modèle et améliorer les prévisions d'humidité du sol lorsqu'elles étaient utilisées dans l'optimisation des modèles de drainage urbain.