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Outils de modélisation

Les outils de modélisation jouent un rôle clé dans la gestion intégrée et dynamique des eaux. Ils permettent d’améliorer de manière concrète la connaissance et la prise de décisions. Les outils de modélisation évoluent constamment en Suisse, mais également en Europe depuis la mise en place de la Directive Cadre Européenne (DCE) de l’Union Européenne (UE) dès l’an 2000. La DCE préconise en effet une gestion du bassin hydrologique orientée sur la qualité écologique des rivières Schütze et al., 2004.

Globalement quatre classes de modèles sont identifiées Bach et al., 2014:

  • Modèle intégré basé sur les composants (ICBM en anglais) qui correspond à une analyse des composants par sous-systèmes (par exemple la modélisation de plusieurs procédés dans une STEP);
  • Modèle intégré du système d’assainissement (IUDM en anglais) qui intègre tous les sous-systèmes du système d’assainissement (Réseau, STEP et milieu récepteur);
  • Modèle intégré du cycle de l’eau urbain (IUWCM en anglais) qui prend en considération à la fois le système d’assainissement mais aussi le système d’approvisionnement en eau potable;
  • Modèle intégré du système des eaux urbaines (IUWSM en anglais) qui tient compte d’une combinaison des infrastructures et des disciplines du cycle de l’eau urbain.

Chaque classe est adaptée aux objectifs du projet et aux limites du système étudié. Plus les limites sont étendues (prise en compte plus globale) plus la modélisation est complexe et exigeante en termes de temps de mise en œuvre et de calcul. Des hypothèses de calcul et des simplifications sont donc opérées. Dans le cadre du VSA, ce sont en premier lieu les modèles orientés vers le système d’assainissement (de type IUDM) qui sont visés.

Différentes approches pour le développement de modèles intégrés ont peu à peu vu le jour et des guides sur le sujet ont été réalisés pour permettre d’avoir des outils de contrôle sur la qualité des modèles et sur leur validité. L’élaboration du guide HSG (HSG Leitfaden en Allemand) a par exemple permis de mettre en application les idées établies dans la DCE de l’UE Muschalla et al, 2008. Il préconise une procédure classique en six étapes :

  1.  Le système est analysé et les motivations/objectifs sont présentés clairement.
  2.  Les processus et les critères (variables et limites du système) sont définis
  3.  Les approches de la modélisation et les données nécessaires pour la modélisation sont mises en lumière
  4.  Les données à disposition et les modèles sont analysés, en termes de robustesse et de qualité des données
  5.  Le modèle est calibré et validé
  6.  Les différents scénarios sont simulés et analysés selon les critères prédéfinis

Une approche « universelle » pour le développement de modèles intégrés orientés assainissement a été proposée (Bach et al., 2014). L’importance de la collecte des données (et de leur validation) ainsi que l’analyse des incertitudes jouent un rôle clé (voir ci-dessous). Ces points ont également été mis en avant lors d’une étude très complète en Suisse Manny, 2017 sur les ouvrages de rétention. Avant de se lancer dans le choix et l’utilisation de ces modèles, il convient d’être particulièrement attentif à ce schéma !

Pour être plus concret dans le domaine qui nous concerne, de nombreux logiciels ont été développés ou sont encore en développement pour la modélisation intégrée et dynamique du système d’assainissement. Des logiciels comme ICS ou SYNOPSIS Schütze et al., 2002 ont permis au domaine de s’enrichir et ont participé à l’expansion de la connaissance sur ce sujet. Une liste non exhaustive de logiciels conventionnellement utilisés comprend notamment Infoworks ICM (Innovyze), WEST – MIKE (Groupe DHI), SIMBA et SIMBA# (Institut Ifak), CITY DRAIN © (Hydro-IT GmbH), eWATER, RS URBAN, etc. La liste des logiciels disponibles sera régulièrement mise à jour par le VSA sur cette page.

Ces logiciels ont fait leur preuve mais doivent être utilisés différemment selon le degré d’analyse du système (global ou plus détaillé). Leur application a été testé sur des exemples concrets qui montrent la force et le potentiel d’utilisation Achleitner et al., 2007, Meirlaen and Vanrolleghem 2000, DWA, 2018. En Suisse l’expérience est encore limitée sur l’utilisation de ces outils par les bureaux d’ingénieurs, les exemples montrent certains développements (p.ex exemple ERM). Le logiciel REBEKA, développé dans le cadre de la procédure STORM du VSA VSA, 2019, permet d’estimer les impacts des rejets pluviaux urbains dans les cours d’eau et peut être considéré comme un modèle intégré réseau- milieu. Par contre la composante STEP est absente du modèle.