Capacité épuratoire des. toitures végétalisées. Julie Schwager. Marie Christine Gromaire M. Seidl, K. Lamprea, C. Mirande, M. Saad

Transcription

1 JOURNEE TECHNIQUE Quelle place pour les toitures végétalisées Paris, Capacité épuratoire des toitures végétalisées Julie Schwager Amandine Irles, Jérémy Thiriat CETE de l Est LRPC de Nancy Directeurs de thèse : V. Ruban (IFSTTAR) & J.L. Morel (ENSAIA) Marie Christine Gromaire M. Seidl, K. Lamprea, C. Mirande, M. Saad ENPC LEESU Source : A. Gerolin

2 Plan de la présentation Contexte Rejets de polluants par les matériaux de toitures végétalisées Rétention de polluants Bilan des deux mécanismes Conclusions et perspectives

3 Contexte

4 L enjeu de la qualité des eaux en sortie de toiture Directive Cadre sur l Eau (2000/60CE) : Objectifs d atteinte du bon état écologique et chimique des eaux d ici 2015 Rejets urbains de temps de pluie responsables d une part importante de la pollution des milieux aquatiques Toitures > 60% volumes de ruissellement Contamination par les apports atmosphériques, les matériaux Contexte de récupération et utilisation des eaux de pluie réduire les flux d eau et de contaminants issus des toitures nécessité d obtenir une eau en sortie de toitures de bonne qualité

5 Mécanismes conditionnant la qualité des eaux issues des toitures végétalisées Rejets de polluants initialement présents dans les matériaux Rétention des polluants atmosphériques par la structure, comparable à un «sol» et des plantes > Impact global de la toiture végétalisée provient de l équilibre entre ces deux principaux mécanismes A ce jour, bilan mitigé car TV pas construites pour améliorer la qualité des eaux

6 Deux projets complémentaires en cours LEESU (TVGEP) : Analyser l incidence des TV sur la contamination du ruissellement CETE de l Est : comprendre les transferts de métaux au sein de la structure pour établir des préconisations en vue de TV au capacité épuratoire optimisées Combinant Expérimentations en laboratoire In situ Photo :CETE de l Est Une toiture végétalisée expérimentale du CETE de l Est Août 2011 Une toiture végétalisée expérimentale du projet TVGEP (CETE Ile de France novembre 2011)

7 Rejets de polluants par les matériaux de TV

8 Des teneurs initiales en métaux non négligeables dans les matériaux CETE de l Est

9 Mais des éléments faiblement extractibles CETE de l Est -> ETM très faiblement extractible au CaCl2 Pour les 4 ETM dont les seuils dépassent les anomalies modérées à forte % extractible Cu : % extractible selon les différentes méthodes utilisées et les différents matériaux constitutifs des toitures CaCl2 DTPA NH4NO3 Eau NF EN > Cr extrait par aucune des solutions Argile expansée Extensif Fibre de coco Semi-intensif Matériaux Ni : % extractible selon les différentes méthodes utilisées et les différents matériaux constitutifs des toitures Zn : % extractible selon les différentes méthodes utilisées et les différents matériaux constitutifs des toitures % extractible Argile expansée CaCl2 DTPA NH4NO3 Eau NF EN Extensif Fibre de coco Semi-intensif Matériaux % extractible Argile expansée CaCl2 DTPA NH4NO3 Eau NF EN Extensif Fibre de coco Semi-intensif Matériaux

10 Carbone organique et nutriments Lessivage accéléré sur colonnes de substrat 100 C COT (mgc/l) 10 X15 Z15 Ptot (mgp/l) Ntot d (mgn/l) Ruissellement cumulé (mm) Ruissellement cumulé (mm) Ruissellement cumulé (mm) Fortes émissions de matière organique et de nutriments sur substrat neuf Décroissance rapide au cours du temps Sur le long terme: émission persistente de COD concentrations faibles en N et P si pas de fertilisation

11 Micropolluants organiques Cas du bisphénola (BPA) et des alkylphénols (NP, OP) Lixiviation des matériaux dans l eau distillée (48h de contact, L/S = 10) présence de Bisphénol A et de nonylphénol extractible à l eau Log C (ng/l) Géotextile Drainage polystyrene Drainage Nidaroof Revêtement d'étanchéité Membrane d'étanchéité Gouttière usagée 2 Gouttière usagée 1 Gouttière neuve 3 Gouttière neuve 2 Gouttière neuve 1 BPA 4-NP NP1EO NP2EO OP OP1EO OP2EO NP1EC

12 Rétentions de polluants

13 Accumulation des métaux par les végétaux Végétaux pas connus pour avoir des capacités d hyperaccumulateur CETE de l Est Evolutions limitées sur 6 mois sur sedum album et sedum reflexum germanium Evolution des teneurs en ETM dans les racines de sedum album entre l'implantation et octobre 2011 Evolution de la teneur en ETM par rapport à la teneur initiale As B Cd Cr Cu Ni Pb Sb Zn Vosges Stockage 40 Plateau calcaire Fibre coco Semi-intensif Extensif Bac préplanté > à voir par la suite

14 Adsorption des métaux par les substrats et drainages du CETE de l Est Réalisation d essai en batch sur Cu et Zn Cinétique : Temps d équilibre importants (plusieurs heures) CETE de l Est > or pas forcément de contact prolongé en toiture Adsorption : analyses en cours mais premiers résultats intéressants, notamment avec l argile expansée capacité d adsorption de l ordre de 10 mg/g pour Cu et 25mg/g pour Zn > comparables à certains biosorbants utilisés en dépollution de l eau Désorption : essais en cours > parmi ce qui est adsorbé, qu est ce qui est retenu après «lavage»?

15 Rétention des métaux par les substrats TVGEP Simulation de pluie accélérée avec une eau dopée en Cu (25 µg/l) et Zn (300 µg/l) 100% 100% Rétention Zn (%) 80% 60% 40% 20% C15 X15 Z15 Rétention Cu (%) 80% 60% 40% 20% 0% Ruissellement cumulé (mm) 0% Ruissellement cumulé (mm) une capacité de rétention importante limitée pour Cu quand le substrat émet beaucoup de MES et COD mais attention aux éléments de drainage et d étanchéité métalliques (platines en plomb, gouttières en zinc..)!

16 Bilan des deux mécanismes

17 Métaux en sortie des toitures végétalisées du LRPC de Nancy (1/2) Tendances variables pour les concentrations : Nickel, zinc : généralement > en sortie par rapport à l entrée Cadmium, chrome, cuivre, plomb : généralement < en sortie par rapport à l entrée CETE de l Est Mais fortes capacités de rétention d eau Stockage 40 Plateaux calcaires Fibre coco Semi intensif Extensif Bac préplanté Vosges Capacité de rétention Mai-décembre 2011 (%) Gravier

18 Métaux en sortie des toitures végétalisées du LRPC de Nancy (2/2) CETE de l Est Bilan des deux mécanismes : - pour 5/6 : la rétention des métaux l emporte sur l émission - pour 1/6 : variable selon les structures Liens possibles avec les paramètres de rétentions et rejets de polluants observés précédemment

19 Mesures toitures TVGEP Concentrations nettes émissions de MES, C, P et nonylphénol (NP) restant dans les gammes classiques pour les eaux pluviales Concentrations (mg/l, sauf NP: ng/l) MES COT N diss *10 Ptot *10 NP/10 Toit terrasse nu Toit végétalisé Flux toit végétalisé / Flux toit nu Volume MES COT Ndiss Ptot NP Flux émis très dépendants des conditions hydriques globalement augmentés d un facteur 2 à 4

20 Conclusions et perspectives

21 Conclusions Potentiels de rejets et rétentions de polluants différents selon les matériaux Impacts de ces paramètres visibles sur les bilans globaux en sortie > Nécessité de bien choisir les matériaux qui ont le meilleur impact lors de la conception de la TV > Attention aux pratiques d entretien (fertilisation), et aux matériaux de collecte et évacuation

22 Perspectives LRPC de Nancy Poursuivre la caractérisation du comportement des matériaux vis à vis des métaux Modéliser les flux afin d établir des préconisations pour la construction de TV aux capacités épuratoires optimisées LEESU Affiner les résultats sur les micropolluants organiques, y compris mécoprop Dresser un bilan des flux annuels

23 Remerciements Photo :CETE de l Est Le CETE de l Est LRPC de Nancy remercie les partenaires suivants pour leurs contributions à la réalisation de ses toitures végétalisées expérimentales : BATEC Lorraine Comptoir du Bâtiment Falienor Nidaplast OH Semence Plante&Cité Saint Gobain Weber Portugal Végétoit Le LEESU remercie les partenaires et les financeurs du projet TVGEP RGCU CSTB, CETE Ile de France ADIVET, CG92