La pluie en ville : généralités Historique Enjeux Grandeurs caractéristiques Grands principes

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1 SEMINAIRE DES ANIMATEURS TERRITORIAUX La pluie en ville : généralités Historique Enjeux Grandeurs caractéristiques Grands principes 20 juin 2011 Nadine AIRES Agence de l Eau Seine Normandie - Direction des Collectivités et Industries Le pluvial un enjeu de bassin Le bassin compte 17 millions d habitants sur une surface de km2. 55% de la population est en fait concentrée sur seulement 2% du territoire : l agglomération parisienne, tissu urbain continu de 2000 km2.

2 Le pluvial une pression reconnue : ex MES 416 KT/an Il était une fois

3 Eau France Grand cycle de l eau

4 Grand cycle petit cycle Des différences acteurs dynamiques territoires etc. Des points communs : les mêmes composantes Les actions de l agence Grand cycle Petit cycle Priorité à la qualité et à la protection de la ressource (qualité et quantité) Préserver ou reconquérir la QUALITE DES EAUX superficielles et souterraines LE FONDEMENT DES AIDES DES AGENCES DE L EAU Support d étiage pour les rivières (ouvrages structurants sur BV amont Seine) Eaux souterraines

5 2 mg/l d O 2 dissous - Limite de survie pour les cyprinidés

6 Temps sec Temps de pluie La mer réceptacle final LeP devenir - La bioaccumulation C B x 1 à phytoplancton x x500 larves / juvéniles zooplancton x250 crustacés / poissons x mollusques x x1

7 Précipitations = Ruissellement + Infiltration + Evapo-Transpiration Evapotranspiration Evaporation Infiltration ruissellement Urbanisation Imperméabilisation Débordements de réseaux... Débordement

8 Pollutions... De grandes quantités de polluants déversés par temps de pluie : matières organiques, métaux lourds, pesticides, hydrocarbures, bactéries,... Surfaces Urbaines Milieu Naturel PRODUITS D ENTRETIEN DEJECTIONS PESTICIDES SOLVANTS FEUILLES PEINTURES H eau et polluants répartis sur de grandes surface PRESSION FAIBLE H eau et polluants répartis sur de très petites surfaces PRESSION TRES FORTE

9 Réduction des flux rejetés dans les milieux Réduction des volumes déversés dans les réseaux d assainissement S intéresser en priorité aux pluies courantes (période de retour = quelques mois) Définition des objectifs : niveaux de service envisageables d après «La ville et son assainissement» (CERTU, 2003) Niveaux de service Situation météorologique Service attendu Etat de fonctionnement du système Niveau 1 Niveau 2 Faibles pluies Pluies moyennes Priorité à la protection du milieu récepteur Respect des objectifs de qualité Maintien de la qualité des rejets (pas de fonctionnement des surverses du réseau) L impact sur le milieu est limité et contrôlé Le système continue à fonctionner sans débordements Les surverses fonctionnent Niveau 3 Pluies fortes Priorité au risque d inondation Des débordements localisés du système sont acceptés Une détérioration sensible de la qualité du milieu récepteur est acceptée Niveau 4 Pluies très fortes Seule priorité : éviter la mise en péril des personnes Objectifs sur la qualité des milieux abandonnés Débordements généralisés Dégâts matériels

10 La gestion des eaux pluviales sur le bassin Seine Normandie Répartition très hétérogènes des actions Préoccupation majeure des collectivités : la lutte contre les inondations Un contexte qui pousse à s intéresser plus et mieux à la gestion du temps de pluie en ville Poids de la DERU Poids de la DCE SDAGE Taxe pluviale??? Les eaux pluviales en ville aujourd hui Gestion de flux et de polluants Valorisation de l espace urbain Récupération des eaux pluviales pour les utiliser comme ressource Approche climatique Régulation des températures

11 Les axes majeurs du futur? Valorisation paysagère et urbaine Valorisation en tant que ressource Valorisation climatique Des problèmes à résoudre Statut parfois compliqué des ouvrages de régulation et des aménagements urbains : qui paie? Qui gère? Qui entretient? Décloisonnement des services Education / formation Peur des nouveautés techniques à intégrer Connaissance patrimoniale et suivi/contrôle des réalisations

12 Unitaire ou séparatif? Séparer les eaux pluviales des eaux usées à l amont même si le réseau est unitaire La restitution vers un réseau séparatif pluvial n est pas une solution à rechercher systématiquement aides AESN pour la réduction des volumes dirigés vers les réseaux pas d aides AESN aux réseaux séparatifs pluviaux (sauf enjeu bactério avéré et étude justifiant le choix de cette solution) Dispositifs de recueil, de stockage et d écoulement des eaux pluviales à ciel ouvert : diminution des risques de mauvais branchements d EU sur EP. L hydrologie - Les différents éléments du cycle de l eau : la pluie, le ruissellement, l infiltration, et l évapotranspiration Le rôle du sol et des plantes

13 La pluie

14 HAUTEUR ET NOMBRE DE JOURS DE PLUIE EN 1994 A PARIS Hauteur de pluie Nombre de jours Nombre de jours en mm de pluie de pluie > 2mm/j TOTAL , Période 1 237, er jan au 3 mai Période 2 346, mai au 30 sept Période 3 150, er oct au 31 dec Peu voire pas d écoulements pour des pluies < 2 mm/j (sauf si sol saturé) environ 90 jours de pluie ont entraîné un ruissellement Attention! 1 jour de pluie 1 pluie Des postes météo Mesurer la pluie Des appareils de mesures

15 Les différents types de représentation de la pluie Chroniques complètes - Pluies réelles Longues chroniques météorologiques Hauteur (mm) Année 1 Année 2 Année n-1 Année n Hauteur (mm) Pluies réelles Année 1 Année 5 Chroniques reconstituées Classes de pluies Pluie de projet 1 à X années de pluies réelles Question à se poser : origine, fiabilité, représentativité des données? Résultats de traitements statistiques de chroniques complètes Qu est ce qu une période de retour? «Intervalle de temps moyen séparant deux occurrences d un événement caractérisé par une variable aléatoire unique» Encyclopédie de l hydrologie urbaine et de l assainissement (B. Chocat et al 1997) Exemple : période de retour d une pluie caractérisée par son intensité moyenne sur une durée fixe en un point donné. A Trappes, la période de retour T d une pluie de 25 mm/h en 30 minutes est d une année

16 TRAPPES Intensités en mm/h mm/h hebdomadaire bi-mensuelle d=30min d=60min d=120min d=360min mensuelle bimestrielle trimestrielle semestrielle annuelle 2 ans 5 ans 10 ans 20 ans 25 ans 50 ans 75 ans 100 ans Influence du choix de la durée de pluie sur les intensités précipitées - Des incidences sur les débits d apport Une infinité de pluies pour chaque période de retour

17 TRAPPES Hauteurs de pluie en mm hebdomadaire bi-mensuelle mensuelle d=30min d=60min d=120min d=360min bimestrielle trimestrielle semestrielle annuelle 2 ans 5 ans 10 ans 20 ans 25 ans 50 ans 75 ans 100 ans Influence du choix de la durée de pluie sur les hauteurs précipitées - Des incidences sur les volumes à stocker Variabilité spatiale de la pluie Source LROP d après données Météo France

18 Hiétogramme et hydrogramme Durée de pluie durée de ruissellement Plus la surface d apport est grand(e), peu penté(e) et allongé(e), plus la durée de ruissellement s allonge La durée du ruissellement peut être inférieure à la durée de la pluie Temps PLUIE DEBIT BV arrondi Influence de la forme du BV sur l hydrogramme de crue BV allongé Crédit graphique : EPFL

19 Le bassin versant naturel et les écoulements Limite du bassin versant = lignes de crêtes Courbes topographiques Crédit graphique : EPFL BV hydrologiques et hydrogéologiques Distinction entre bassin versant réel et bassin versant topographique Musy, 2005 d'après Roche - Hydrologie de surface, Ed. Gauthier-Villars, Paris 1963.

20 Limite du bassin versant Collecteur Vieille du Temple Bassin versant urbain Collecteur St Gilles 50m Collecteur Rivoli Le réseau d assainissement du «Marais» à Paris Hauteur d eau précipitée par unité de temps Les différentes composantes de l écoulement Ruissellement de surface Ruissellements de surface Diagramme schématique de la répartition des eaux météoriques au cours d une averse constante (d après LINSLEY) dans «L hydrologie Dans «L hydrologie de l ingénieur de» l ingénieur G. Réminiéras,» G. Réminiéras,

21 Hauteur d eau précipitée par unité de temps Les différentes composantes de l écoulement Infiltration Ruissellement de surface Diagramme schématique de la répartition des eaux météoriques au cours d une averse constante (d après LINSLEY) dans «L hydrologie Dans «L hydrologie de l ingénieur de» l ingénieur G. Réminiéras,» G. Réminiéras,

22 2 Les débits Mesurer des vitesses

23 Mesure doppler de la vitesse Précautions Hauteur d eau < 10 cm Vitesse d écoulement < 0,1 m/s Mesures en continue A quoi ça sert? Comprendre le fonctionnement du système pour mieux ajuster les choix d aménagement Caler les coefficients de ruissellement indispensable aux études variables suivant les pluies, l occupation du sol, l état hydrique du sol, la végétation, etc. ( Tiré des normes suisses SNV ) Occupation du sol Bois Près, champs cultivés Vignes, terrains nus Rochers Routes sans revêtement Routes avec revêtement Villages, toitures Coefficient de ruissellement 0,1 0,2 0,5 0,7 0,7 0,9 0,9

24 L infiltration Mesurer la capacité d un sol à laisser l eau s infiltrer Aménagement et eaux pluviales sur le territoire du Grand Lyon - Guide à l usage des professionnels Communauté urbaine du Grand Lyon, juin 2008.

25 Capacité d un sol à laisser s infiltrer les eaux suivant sa texture K (m/s) Types de sols Gravier sans sable ni éléments fins Sable avec gravier, Sable grossier à sable fin Sable très fin Limon grossier à limon argileux Argile limoneuse à argile homogène Taille du grain Possibilités d infiltration Excellentes Bonnes Moyennes à faibles Faibles à nulles Ordres de grandeur de la conductivité hydraulique à saturation dans différents sols (Musy & Soutter, 1991) Attention domaine favorable à l infiltration pour la maîtrise des pollutions différent Les constituants du sol Minéraux Organiques Microorganismes Structure du sol L influence des constituants du sol sur les mouvements d eau C est l arrangement spatial des différents constituants du sol et l interaction entre les constituants qui déterminent la structure du sol et donc l écoulement de l eau Les matières organiques jouent un rôle important dans la structuration du sol et donc sur les écoulements

26 L évapotranspiration Reims, , d'après Chiesi (1993) dans le 30/10/2007

27 Contribution des plantes à l ETR Evapo-Transpiration Réelle mesurée sur des parcelles aux Pays-Bas (d'après Lambert, 1996). Les réserves en eau des sols et l utilisation de l eau par les plantes

28 Réserves en eau du sol Capacités de rétention d eau Point de flétrissement Réserve utile Faible pour sol sableux Fort(e) pour sol argileux Eau de drainage Pompage vers la plante Capacité de rétention Point de flétrissement Réserve utile Eau retenue Partie de la réserve d eau du sol utilisable par la plante Suivant leur système racinaire les plantes peuvent puiser plus ou moins profondément l eau nécessaire à leurs besoins Profondeur enracinement (en m) Graminées des prairies 0,3 Bouleau, betterave 1,2 Trèfle, lupin 1,5-2,5 Céréales, pommes de terre 2 Chêne, pin 2 Orme, érable 2,5 Robinier 3,5 Vigne 6,7

29 L incitation financière à la réduction des pollutions par les rejets urbains de temps de pluie : les aides de l Agence de l eau Seine Normandie Les aides de l AESN aux travaux et aménagements Pour limiter / réduire les impacts Diminuer / Réguler les apports par ruissellement et les émissions de polluants Traiter avant rejet les effluents pollués Agir en amont des BV Compléter si besoin par des actions à l aval

30 Philosophie générale des aides de l AESN Ralentir / Stocker / Infiltrer / Utiliser les eaux Mettre en scène l eau Favoriser les aménagements à fonctions multiples Veiller à la bonne intégration des opérations de maîtrise des pollutions dès l origine du ruissellement Privilégier les ouvrages/aménagements à ciel ouvert Passer d une logique de techniques à une logique d aménagements pérennes Intégration de l eau dans l aménagement En l utilisant pour structurer l espace En respectant son cheminement naturel En utilisant les espaces inondables pour d autres fonctions

31 Principes de base Laisser diffus ce qui l est ce qui est diffus : les dépôts sur les surfaces urbaines, les polluants dans les matériaux urbains, l eau de pluie qui tombe à la surface du sol, Éviter de concentrer les flux en un point limiter le ruissellement et sa collecte systématique qui concentrent les flux aux points de rejet Préalable indispensable Analyse et diagnostic de site pour adapter les conceptions Penser à l entretien et à la gestion dès l amont du projet Réduire autant que possible les apports de polluants et micropolluants Matériaux Pratiques d entretien Déversements accidentels ou «sauvages»

32 Toits végétalisés Enrobés drainants Crédit photos AESN Parkings végétalisés Tranchées drainantes Trottoirs réservoirs Espaces publics inondables Agir en amont sur les bassins versants Urbanisations nouvelles Label - Critères d éligibilité études préalables adaptées préservation de l eau et des milieux intégration de l eau dans l aménagement valorisation de l eau gestion de l eau au plus près du lieu où elle précipite phase de réalisation exemplaire outils de gestion, d information et pérennisation des installations Attributaires : Collectivités locales et groupements, aménageurs privés

33 Les aides de l AESN aux travaux et aménagements Pour limiter / réduire les impacts Diminuer / Réguler les apports par ruissellement et les émissions de polluants Traiter avant rejet les effluents pollués Agir en amont des BV Compléter si besoin par des actions à l aval Bassins enterrés

34 Bassins secs et en eau Décanteurs lamellaires