Formation Bâtiment Durable: Gestion des eaux pluviales sur la parcelle

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1 Formation Bâtiment Durable: Gestion des eaux pluviales sur la parcelle Bruxelles Environnement Minimisation des surfaces imperméables dans l aménagement des abords et des voies de circulation Sylvie SMETS CRR Centre de recherches routières

2 Objectif(s) de la présentation Expliquer l intérêt des structures en pavés drainants pour un meilleure gestion de l eau Détailler les contraintes de dimensionnement et techniques pour une mise en œuvre durable et efficace Décrire les limites d application des structures en pavages drainants Aborder l aspect relatif à la pollution potentielle des eaux par les polluants spécifiques à la circulation routière: projet de recherche DPOD-DPODRAIN 2

3 Plan de l exposé Contexte Parking expérimental du CRR Principes de fonctionnement Principes de conception Contrôles en laboratoire et sur chantier Pouvoir dépolluant des structures drainantes: projets DPOD et DPODRAIN 3

4 Contexte De plus en plus de zones revêtues de manière imperméable Possibilités d infiltration de moins en moins nombreuses Problèmes Saturation des réseaux d égouttages Risques accrus d inondation Epuration des eaux non optimale Réalimentation des nappes phréatiques empêchée Mise au point de pavages permettant: le stockage provisoire des eaux de précipitation l infiltration des eaux de précipitation dans le sol pour décharger le réseaux d égouttage et recharger la nappe phréatique 4

5 Quantité d'eau Contexte Réduction du flux maximal Décalage dans le temps du flux maximal Réduction de la quantité d eau à évacuer Pluie Ruissellement Temps 5

6 Contexte 6

7 Parking expérimental du CRR Pavages drainants Projet de recherche appliquée, entamé à la demande de FEBESTRAL (Juin 2003-mai 2007) Collaboration entre fabricants de pavés, CRR et KULeuven Objectifs Etudier le fonctionnement des pavages drainants Démontrer l utilité, établir les limites Mise au point d instruments et de méthodes de mesure Contrôle de l évolution dans le temps de la perméabilité Directives CCT et Code(s) de bonne pratique Démarrage d une guidance technologique 7

8 Parking expérimental du CRR

9 Principes de fonctionnement Pavés poreux Pavés à joints élargis Pavés à ouvertures de drainages Dalles gazon 9

10 Principes de fonctionnement Pavés perméables + (sous-)fondation perméable(s) + sol perméable (en cas d infiltration) + absence ou système d évacuation restreint Pénétration voire stockage de l eau dans la sous-fondation 1. Pavés drainants 2. Produit de scellement de joints 3. Couche de pose 4. Géotextile (pas toujours nécessaire) 5. Fondation 6. Sous-fondationécessaire) 10

11 Principes de fonctionnement Sol perméable: infiltration totale Sol moyennement perméable: infiltration partielle et trop-plein Sol peu perméable: infiltration limitée et drainage Sol imperméable (ou infiltration non autorisée): évacuation 11

12 Principes de fonctionnement Pavés drainants Revêtement, transmission de l eau de surface aux couches sousjacentes Fondation Portance et transmission de l eau vers la sous-fondation ou le sol Sous-fondation Transmission de l eau vers le sol et/ou stockage provisoire de l eau, maintien hors gel du fond de coffre Système de drainage éventuel Evacuation différée de l eau si la perméabilité du sol n est pas suffisante PAS d avaloir nécessaire prévoir éventuellement des zones vertes aux points bas PAS de pente nécessaire (0,5 % souhaitable max. 5 %) PAS de stockage supplémentaire nécessaire un écoulement limité détermine la durée de stockage dans la structure 12

13 Principes de conception - Dimensionnement Logigramme dans le code de bonnes pratiques pour la conception et l exécution de revêtements en pavés de béton du CRR Perméabilité du sol : système de drainage Epaisseur de la fondation fonction du trafic (mais limitation à 100PL par jour!) Epaisseur de la sous-fondation fonction: du volume de stockage minimum (averse de 270 l/s/ha pendant 10 minutes période de retour 30 ans) de l épaisseur nécessaire pour maintenir le sol hors gel Tenir compte de la proportion de surfaces imperméables (facteur de correction) Couche de pose: 3cm après compactage 13

14 Principes de conception - Dimensionnement Logigramme dans le code de bonnes pratiques pour la conception et l exécution de revêtements en pavés de béton du CRR Pavages drainants Source: Code de bonne pratique CRR 14

15 Principes de conception - Dimensionnement 15 Pas d'infiltration Argile Limon Sable

16 Principes de conception - Dimensionnement La perméabilité d une fondation granulaire augmente: d un facteur 40 lorsqu on supprime la fraction < 0,6 mm (Code de bonne pratique: 63 µ < 3 %); d un facteur 100 lorsqu on élimine la fraction < 1,2 mm (Code de bonne pratique: 2 mm < 25 %) 16

17 Principes de conception - Dimensionnement Prise en compte du trafic 17

18 Principes de conception - Dimensionnement 1 er cas Averse de 10 minutes - Période de retour 30 ans 270 l/s/ha 270 x 10 x 60 l/ha = l/ha = 16,2 mm H Fs 10 p stockage 16,2 1,5 10 E = sf p E sf : Épaisseur de sous fondation (en cm) = 10,6 cm H p : Hauteur de pluie (en mm) = 16,2 mm p : porosité (en %) = 23 % Fs stockage : Facteur de sécurité (1,5 par défaut) = 1,5,6 cm 18

19 Principes de conception - Dimensionnement 2 eme cas Plusieurs pluies successives 19

20 Principes de conception - Dimensionnement Tenir compte des surfaces imperméables dans le dimensionnement d 2 Surface imperméable A perm A cont d 1 d 1 = d 2 Surface perméable E E 1 sf cont sf A A cont perm E : épaisseur de sous-fondation prenant en compte une surface imperméable (en cm) sf cont E sf : épaisseur de sous-fondation (en cm) 20

21 Principes de conception - Dimensionnement ÉPAISSEUR DES COUCHES choisi [6, 8 ou 10 cm] choisi [6, 8 ou 10 cm] connu (3 cm) connu (3 cm) connu (choix type & trafic) E hors gel a Z Uccle Bruxelles E sf (a=0,8 ou 1,0 selon niveau nappe phréatique) C est quasi toujours l épaisseur nécessaire pour la mise hors gel du sol qui prime 21

22 Principes de conception - Dimensionnement Epaisseur: 3 cm après compactage 22

23 Principes de conception - Matériaux Fondation et sous-fondation granulats non liés 0/32 2/32 Fines (< 0,063 mm) < 3 % Fraction < 2 mm < 25 % Si des granulats de béton recyclé sont utilisés, aucun granulat inférieur à 2 mm n est autorisé Fondation choix de matériau lié (trafic) Béton maigre drainant Lit de pose Fines (<0,063 mm) < 3 % Granularité maximale: 5 ou 6,3 ou 8 mm LA < 20 MDW < 15: diminution du risque de formation de fines Filtre stabilité Produits de scellement de joints Sable 0,5/2 pour pavés drainants en béton Empierrement 2/4 (porphyre) pour pavés avec joints élargis ou ouvertures drainantes, si possible même matériau que lit de pose TOUJOURS EQUILIBRE entre RESISTANCE MECANIQUE et PERMEABILITE 23

24 Passant (%) Principes de conception - Matériaux Les différentes couches doivent être compatibles (stabilité du filtre - S F ) Dimensions des mailles (mm) S F D D 15 CI 85 CS D 85CS Exigence: S F 5 D 15CI CI: couche inférieure CS: couche supérieure 24

25 Principes de conception Z (m) Structure en pavés drainants (parking, rue, etc.) Zb Zwt Zb: fond de coffre Zwt: hauteur maximale de la nappe phréatique Zb Zwt = d > 1 mètre Janvier Juin Janvier Temps (mois) Eviter la saturation de la structure, du sol sous-jacent et éviter la pollution du sol 25

26 Principes de conception En cas de pentes importantes Travailler en terrasses Placer des «barrières» pour freiner l eau et permettre le stockage 26

27 Principes de conception Pluie? Averse de 10 minutes avec une période de retour de 30 ans: 270 l/s/ha Coefficient de perméabilité? k > 2,7 * 10-5 m/s MAIS occlusions d air, colmatage facteur de sécurité 2 Coefficient de perméabilité > 5,4*10-5 m/s exigé pour tous les composants du système : pavés poreux, matériaux de remplissage des joints, fondation et sous-fondation éventuelle 27

28 Principes de conception Pas d avaloir nécessaire Pas d évacuation nécessaire vers le réseau d égouttage (très intéressant si les maisons peuvent infiltrer l eau de pluie dans leur propre parcelle) Pas de système de réservoir-tampon nécessaire pour les eaux de pluie tombant sur la chaussée: effet de retardement dans la structure Pente limitée (de 0,5 % à 1 %): confort pour les piétonniers Pas de formation des flaques d eau à la surface 28

29 Principes de conception Limitation aux zones de trafic limité: zone 30 km/h, lotissement d habitations, parkings, etc. Eviter l infiltration d eau dans les maisons: de préférence pas de pavages perméables sur les trottoirs; l eau de ruissellement des trottoirs peut être infiltrée par la chaussée Pose des impétrants: de préférence sous trottoirs non perméables. Les réparations sont en effet difficiles à contrôler et un mauvais choix des matériaux à mettre en oeuvre peut rendre inefficace la structure drainante. Eviter la circulation de chantier sur fondations et sous fondation (construction de lotissements, etc.) 29

30 Contrôles en laboratoire et sur chantier Certification BENOR des pavés suivant PTV 122 Pavés et dalles en béton perméable à l eau Ouvertures de drainage et joints élargis: au moins 10 % de la surface (horizontale) Pavés poreux: 5,4*10-5 m/s (moyenne) Contrôle lors de la conception et de l exécution: PTV 827 Systèmes des structures drainantes Objectif perméabilité Moyenne: 5,4*10-5 m/s Individuel: 2,7*10-5 m/s 30

31 Contrôles en laboratoire et sur chantier Fondation Sous-fondation Colonne d essai en laboratoire contrôle de la perméabilité avant placement Colonne d essai sur carottes prélevées dans du béton maigre drainant 31

32 Contrôles en laboratoire et sur chantier Sol: essai Open-end (US Bureau of Reclamation) Surface: essai double anneau (PTV 827 annexe A) Essais in situ 32

33 Contrôles en laboratoire et sur chantier Pavé (PTV ) 33

34 Projet DPOD (Financement DGO6) Avantages des structures drainantes Réalimentation des nappes phréatiques Evacuation différée des eaux vers le réseau d égouttage Diminue le risque d inondation Cependant Quels sont les risques de pollution du sol et des nappes et comment les gérer?

35 Choix de la structure parking drainant 8 Pavés poreux 22/11/8 + joint en sable (grès) Couche de pose: porphyre 0/6,3 Fondation Calcaire 0/20 Sous-fondation Calcaire 0/32 Géotextile

36 Sélection des microorganismes Type Rhodococcus: capacité de dégradation des hydrocarbures persistant au sein des structures drainantes Survie en conditions de dessiccation prolongée (32 jours à 30 C) Essais en laboratoire : Formation de biofilms sur granulats Peu de nutriments nécessaires Développement favorable en zone insaturée aérobie (couche de pose)

37 Inoculation de Rhodococcus dans la structure Parking expérimental CRR : épandage d un starter liquide en surface suivi d un lavage. Survie de la souche après un an. Labo: immersion granulats de la couche de pose suivie ou non d une dessiccation. Différentes variantes.

38 Essai de pollution au diesel 8 Polluant: Diesel Pluie quotidienne 1 semaine pluie (B) Zone insaturée aérobie favorable à Rhodococcus: ensemencement de la c. de pose Récupération effluent pour analyse: Teneur en HC Bactério

39 Essai de pollution au diesel PILOTE D ESSAI BANC D ESSAI

40 Résultats du projet DPOD Mise au point d une méthodologie permettant de quantifier le pouvoir dépolluant des structures drainantes; La structure en pavages drainants dispose intrinsèquement d un pouvoir de rétention des hydrocarbures (malgré un ajout massif de polluant). Moins de 1% du diesel ajouté percole à travers la structure. Effet des micro-organismes: sur une période correspondant à environ 1 an de pluie, concentrations en HC du percolât sous 50µg/l (seuil de potabilité). La durabilité du système dépolluant avec Rhodococcus doit encore être évaluée (projet DPODRAIN).

41 Projet DPODRAIN (Financement DGO6) Etude de la durabilité: Expériences plus longues, taux de pollution plus modéré Evolution du pouvoir dépolluant selon conditions climatiques Evolution de la perméabilité Pollution accidentelle Influence du type de matériaux utilisé (p.ex. utilisation d un géotextile spécifique, autre type de couche de pose ou de pavé) Technique d ensemencement à grande échelle sur chantier Valorisation sur site: Parking expérimental CRR, Polygone de l eau 41

42 Projet DPODRAIN (Financement DGO6) Experience grandeur nature au Polygone de l eau

43 Outils, sites internet, etc. intéressants Code de bonne pratique pour la conception et l exécution de revêtements en pavés de béton - R80/09 (CRR) ( Dossier 5 Revêtements drainants en pavés de béton (CRR) ( PTV 122 Pavés et dalles en béton perméable à l eau (Probeton) PTV 827 Systèmes des structures drainantes (COPRO) Références Guide Bâtiment Durable et autres sources Guide Bâtiment Durable 43

44 Ce qu il faut retenir de l exposé Les structures drainantes contribuent à une meilleur gestion des eaux de ruissellement et favorisent la réalimentation de la nappe phréatique La mise en place de structures drainantes nécessite une attention particulière dans le choix des matériaux, le dimensionnement et la mise en oeuvre Les recherches réalisées dans le cadre du projet DPOD on montré que les structures drainantes sont intrinsèquement dépolluantes vis à vis des hydrocarbures. Les résultats obtenus sur une durée limitée montrent que l adjonction de micro organismes améliore l efficacité dépolluante. La durabilité du système dépolluant est étudiée dans le cadre du projet DPODRAIN. 44

45 Contact Sylvie SMETS Chercheur - Conseiller Technologique 02/ s.smets@brrc.be 45