La Gestion Des Eaux Pluviales, Un Enjeu Considérable Dans Le Cycle De L’eau. Les structures réservoirs…
Part IV.
4ème partie consacrée à la gestion des eaux pluviales notamment sur les structures réservoirs assimilables à un bassin de rétention enterré rempli de matériaux poreux.
Cas général :
Une structure réservoir est caractérisée par :
• le coefficient de vide définissant leur capacité de stockage des eaux,
• la résistance à la compression définissant leur solidité et domaine d’utilisation.
Deux grandes familles en fonction des matériaux les constituant :
• les matériaux naturels,
• les matériaux préfabriqués.
Leur fonctionnement est simple. L’eau est stockée dans le volume vide des matériaux. Le mode d’évacuation des eaux diffère selon le type de structure et la nature du sol.
Elles peuvent être évacuées :
• à débit régulé, par un drain vers un exutoire classique (réseau public, milieu hydraulique superficiel ou un système d’infiltration),
• par infiltration directe si le sol présente des horizons géologiques favorables.
Ainsi, on distingue différents modes de vidange définissant leur fonction :
• en rétention seule : la structure ne fait que de la rétention, l’évacuation se fait à débit régulé vers un exutoire.
• en infiltration seule : la structure est l’exutoire du réseau pluvial, les eaux de pluie et de ruissellement collectées sont infiltrées.
• en rétention et infiltration couplée : Infiltration + évacuation à débit régulé vers un exutoire. Une partie du volume des eaux de pluie et de ruissellement est infiltrée (réduisant la dimension de la structure réservoir) et l’autre est retournée à l’exutoire selon un débit de fuite.
Nota : le fonctionnement étant similaire à celui des bassins de rétention et d’infiltration, pour leurs caractéristiques se reporter aux bassins de rétention Part II. Et Part VI.
Avantages :
- Réduction des débits de pointe vers les exutoires.
- Réduction des volumes écoulés vers les exutoires si infiltration.
- Faible emprise foncière.
- Ouvrages enterrés donc discrets.
- La surface au sol reste disponible (Implantation possible sous des voiries, des parkings,...).
- Conception relativement facile (dépendant du type de structure).
- Dépollution efficace des eaux pluviales par décantation et « filtration » par interception des particules au travers de la structure (dépendant du type de structure).
- Si l’ouvrage d’alimentation permet de retenir les flottants, une structure enterrée permet d’éviter l’encombrement par des feuilles, des branches, des papiers, et donc de restreindre son entretien.
- Réalimentation des nappes phréatiques (si infiltration).
Inconvénients :
- Colmatage de la structure.
- Dépôt de boues de décantation qu’il faut évacuer lorsque leur quantité induit une modification du volume utile de rétention. Cependant, la formation de ce dépôt prend beaucoup de temps car les volumes générés sont très faibles.
- Entretien difficile car souvent l’accès à l’intérieur de la structure n’est pas aisé, voire impossible suivant le type de structure.
- Intervention sous la chaussée difficile sans détruire la structure (dans le cas d’une structure sous chaussée).
- Conception souvent coûteuse (surtout pour les modèles « préfabriqués »).
- Solution tributaire de l’encombrement des sols.
- Pour les structures réservoirs infiltrantes risque de pollution de la nappe.
- Risques de nuisances olfactives (stagnation d’eau) par défaut de réalisation ou manque d’entretien.
- Difficilement applicable pour des terrains naturels à forte pente.
Conditions et domaine d’utilisation :
Une attention particulière est portée durant la phase de conception.
• On étudie les caractéristiques des matériaux poreux constituant la structure, leur résistance à la compression, pour vérifier qu’ils soient bien adaptés à l’environnement de l’ouvrage.
• On prévoit des solutions facilitant l’entretien.
Dans le cas d’un fonctionnement par infiltration, une étude hydrogéologique est réalisée afin de s’assurer de la présence d’horizons géologiques favorables.
On vérifie grâce aux résultats de l’étude :
• que la perméabilité du sol permette l’infiltration des eaux collectées dans un laps de temps « respectable » (durée d’infiltration après orage < 6h) ;
• que la nature des couches géologiques du sol permette l’infiltration des eaux de pluie et de ruissellement générées par deux épisodes pluvieux décennaux se succédant en l’espace de 24h ;
• que la nature des couches géologiques du sol et l’environnement immédiat (habitation, sous sol, terrains pentus,...) soit compatible avec l’infiltration (effondrements, glissements de terrain, création de « nappe » perchée provoquant l’inondation des sous sols,...).
N.B. : Une étude sur les possibilités de pollution de nappe devra être menée pour les zones « à risques ». En cas de risques majeurs, il est conseillé d’avoir une distance minimale de 1 mètre entre le fond de l’ouvrage et le niveau des plus hautes eaux afin de « filtrer » les eaux grâce au sol en présence. Si cela s’avère nécessaire, des systèmes de traitement adéquats (décanteur, déshuileur, débourbeur,...) seront mis en œuvre avant infiltration des eaux collectées.
Etant un ouvrage souterrain, l’intégration au projet peut prendre différentes formes. Elle peut se faire sous forme d’espaces verts (zones de détente, aires de jeu,...), de voies d’accès pour les piétons (promenades, trottoirs), de voies d’accès pour les véhicules (des parkings,...).
L’alimentation de la structure peut se faire par ruissellement direct en utilisant des bouches d’injection ou bien par mise en charge grâce à un drain.
La réalisation des structures réservoirs est relativement bien maîtrisée, mais doit faire l’objet de toutes les attentions car tout défaut entraîne des interventions lourdes, difficiles à réaliser.
Conception :
Collecte des eaux :
La collecte des eaux pluviales en amont et l’alimentation de la structure sont réalisées par : dalles, bouches à grille ou avaloirs, bouches d’injection, canalisations, caniveaux, systèmes de « dégrillage », de pièges à flottants, de pièges à particules fines, regards de répartition, regards visitables ou permettant l’entretien (tringlage, curage, ...).
Revêtement de surface :
Il peut être constitué de : couche de surface étanche (dalles,...), les revêtements poreux type béton poreux sont prohibés, galets, gazon, couche de sable sous le premier revêtement (assure une filtration des eaux collectées).
Structure réservoir, couche de stockage :
Elle est composée par des :
- systèmes de mise à l’air ou évents,
a. Matériaux naturels (porosité aux alentours de 30%) :
* roulé, concassé, galets de porosité supérieure à 30%,
* système de drainage ramifié (arrêtes de poisson, ...) : drain P.V.C. CR8,
o diamètre minimum du drain principal D = 300mm,
o diamètre minimum des drains de répartition D = 200mm.
* regards permettant l’entretien (tringlage, curage,...) à chaque connexion, intersection ou extrémité sur le réseau de drain,
* le positionnement du drain dans la structure est fonction de son action :
o rétention : le drain est placé en fond de structure (elle se remplie par mise en charge).
o infiltration : il est placé en haut de structure, l’eau ruisselle avant infiltration dans le sol.
* cloisons éventuelles si la pente du terrain est trop importante.
b. Matériaux préfabriqués porosité variable et fonction du modèle :
o les structures alvéolaires,
o les structures en nid d’abeilles,
o les structures en casier,
o les«nouilles»béton,....
La structure est mise en œuvre selon un mode opératoire définit par le fournisseur.
Interface structure/sol :
- mise en place d’un géotextile et/ou une géomembrane en fonction de la destination de la structure et du type d’eau retenue (possibilité de contamination, zone à « risques »),
- système anti-racines.
Interface structure/exutoire (cas de rétention) :
L’exutoire est composé :
- d’un regard visitable ou permettant l’entretien (tringlage, curage,...),
- d’un drain d’évacuation,
- d’une surverse de sécurité,
- d’un organe ou orifice de régulation.
Les structures réservoirs à bases de matériaux naturels, matériaux de stockage non traités :
Présentation :
Ce sont des matériaux non liés poreux, généralement constitués de gravillons et appelés le plus souvent graves non traitées poreuses.
Les matériaux naturels utilisés pour combler les structures réservoirs peuvent être :
• des massifs de galets ou de graviers,
• du roulé,
• du concassé,
• de la grave,..
On peut noter que le sable ne peut pas être utilisé comme matériaux de stockage dans les structures réservoirs. Il peut servir de support pour les drains, les géotextiles, les géomembranes ou les matériaux préfabriqués.
Ces différents matériaux sont définis par leur composition et leurs caractéristiques mécaniques qui vont déterminer leur utilisation, ainsi que par leurs caractéristiques hydrauliques qui vont définir leur capacité de stockage.
Avantages :
- Les matériaux naturels jouent le rôle de filtre dans la dépollution des eaux pluviales.
- Ils permettent l’infiltration des eaux retenues.
Inconvénients :
- Ces matériaux peuvent se colmater plus ou moins vite suivant leur granulométrie, la qualité des eaux stockées et la mise en œuvre de système de dégrillage en amont.
- Le volume utile obtenu en utilisant ces matériaux n’est pas très important compte tenu de leur coefficient de vide (de l’ordre de 30%). D’où une emprise au sol et un encombrement du sous- sol importants.
Conditions et domaine d’utilisation :
Caractéristiques des matériaux naturels utilisés dans les structures réservoirs :
a. Composition et caractéristiques mécaniques (granulométrie) :
- Diamètre minimum des granulats : 10 à 20 mm (d > 10 à 20 mm).
- Diamètre maximum des granulats : 100 mm (D < 100 mm).
- Rapport D/d le plus grand possible pour assurer une bonne stabilité (D/d > 3).
Les matériaux doivent vérifier :
• la norme NF P 18-540 pour les caractéristiques intrinsèques, c’est-à-dire pour les essais de résistances mécaniques (résistance à la compression).
• la norme NF P 18-101 pour les caractéristiques de fabrication, afin de respecter une qualité des matériaux naturels utilisés tel qu’ils soient :
o durs,
o sans sable,
o propres,
o concassés,
o insensibles au gel et à l’eau.
b. Caractéristiques hydrauliques :
- La porosité totale doit être comprise entre 35 et 50 %.
- La porosité utile doit être comprise entre 30 et 45 %.
- La perméabilité obtenue est voisine de 10 cm/s.
Domaine d’utilisation des matériaux naturels utilisés dans la couche de stockage des structures réservoirs.
Domaine d’utilisation des matériaux naturels de stockage.
|
Matériaux |
Type de trafic |
Mise en oeuvre |
Capacité de stockage |
Colmatage |
Coût |
|
Semi concassés de faible granulométrie
|
Tous trafics 1 |
Facile
|
Moyenne |
+++ |
Faible |
|
Concassés de moyenne à forte granulométrie
|
Tous trafics 1
|
Facile
|
Bonne (30 à 40 %)
|
++ |
Faible |
1 : places, parking, trottoirs, voies piétonnes, sols sportifs, voiries à trafic léger, moyen ou élevé pour véhicules légers et poids lourds. Source : « Techniques Alternatives en assainissement pluvial », réalisé par le groupe de travail G.R.A.I.E, L.C.P.C, Certu, Agences de l’eau.
Les structures réservoirs à base de matériaux préfabriqués :
Présentation :
Ce sont des matériaux en plastique ou en composé similaire qui sont, de part leur coefficient de vide très élevé, bien plus performants que les structures en matériaux naturels.
Les matériaux préfabriqués utilisés pour combler les structures réservoirs sont :
• des structures alvéolaires,
• des structures en nid d’abeilles,
• des structures en casier,
• des « nouilles » béton, ....
Avantages :
- Matériaux très légers donc mise en œuvre facile.
- Porosité supérieure à 90 %. D’où, pour un même volume utile, un volume de structure moins important que pour des matériaux naturels.
- Ils se colmatent moins vite que les matériaux naturels.
- Forte résistance à la compression (utilisation sous voiries).
- Insensibles à la plupart des agents chimiques, aux microorganismes, aux moisissures,...
- Avantageux dans le cas de terrains pentus ou lors de réhabilitation de chaussées.
Inconvénients :
- Coût élevé de fourniture.
- Toutes ne permettent pas l’infiltration des eaux retenues.
- Les différents matériaux préfabriqués ne constituent généralement pas de bons filtres pour la dépollution des eaux pluviales.
Conditions et domaine d’utilisation :
Les différentes caractéristiques des matériaux préfabriqués utilisés dans les structures réservoirs
a. Composition et caractéristiques mécaniques :
Ces matériaux doivent être conformes à la norme NF T 56-101. Les caractéristiques mécaniques des différents matériaux préfabriqués sont à consulter dans les différentes fiches techniques éditées par les fournisseurs.
b. Caractéristiques hydrauliques :
La porosité utile de tels matériaux est supérieure à 60% et peut aller jusqu’à 90-95%.
Domaine d’utilisation des matériaux préfabriqués utilisés dans la couche de stockage des structures réservoirs
Domaine d’utilisation des matériaux préfabriqués de stockage.
|
Matériaux |
Type de trafic |
Mise en oeuvre |
Capacité de stockage |
Colmatage |
Coût |
|
Matériaux préfabriqués |
Tous trafics 1 |
Très facile
|
Très bonne (> à 95 %) |
+ |
Elevé |
1 : places, parking, trottoirs, voies piétonnes, sols sportifs, voiries à trafic léger, moyen ou élevé pour véhicules légers et poids lourds. Source : « Techniques Alternatives en assainissement pluvial », réalisé par le groupe de travail G.R.A.I.E, L.C.P.C, Certu, Agences de l’eau.