Eaux pluviales : réguler, dépolluer et valoriser

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1 LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Eaux pluviales : réguler, dépolluer et valoriser Réalisé par Christophe Bouchet ABSTRACT Traduction du titre et du résumé en Anglais à venir Les enjeux de la gestion des eaux pluviales en milieux urbain et périurbain n ont cessé ces dernières années de se diversifier. Jadis cantonnés aux traditionnelles luttes contre les inondations, ils se sont ouverts à de nombreuses autres thématiques comme la préservation de la qualité des milieux, la lutte contre les risques sanitaires ou encore l amélioration du cadre de vie. Du coup, les solutions permettant de maîtriser, stocker, réguler voire traiter les eaux pluviales avant de les valoriser se multiplient. gestion qui a longtemps consisté à transformer cette D une ressource rare et précieuse que constitue l eau de pluie en une nuisance qu il fallait évacuer le plus rapidement possible de la ville, nous sommes peu à peu passés à une autre vision qui consiste à considérer l eau de pluie comme un bien à valoriser et à intégrer dans la ville, en amont de tous les projets d urbanisme. Désormais, au lieu d évacuer les eaux pluviales via des collecteurs toujours plus importants, on les recueille, on les valorise en créant des paysages, on développe des usages pour irriguer, nettoyer ou climatiser et surtout, au lieu de les concentrer, on les gère là où elles tombent. Ce changement de pied, assez rapide à l échelle d une politique de la ville, a profondément modifié les pratiques qui s exercent elles-mêmes à tous les échelons de l aménagement urbain : toitures terrasses végétalisées, chaussées poreuses, espaces verts aménagés pour stocker ou infiltrer les eaux, citernes et réservoirs pour conserver la ressource, tranchées et puits d infiltration pour réalimenter les nappes souterraines, mares ou zones humides nouvelles ou réhabilitées, ruisseaux redécouverts et remis en valeur. Les projets fleurissent et sont aussi nombreux que variés. Tous ont pour objet de réguler et de valoriser les eaux pluviales Sinbio N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 37

2 D.R. Tubosider A Lyon, la Zone d activité de Porte des Alpes est considérée comme l un des exemples les mieux réussis d intégration des eaux pluviales dans la conception urbaine. Le cycle des eaux pluviales mis en place sur cette zone qui concerne plus de 250 hectares consiste à écrêter les crues lors de fortes pluies en stockant les eaux pluviales dans des bassins traités comme des lacs d agrément pour les écouler ensuite progressivement dans la nappe phréatique. au sein de la ville concourant ainsi à établir une nouvelle relation entre la cité et la nature. Les éco-quartiers, qui se fixent pour objectif d intégrer les principes de développement durable au sein d un projet d aménagement urbain en réduisant le plus possible leur empreinte écologique, sont bien souvent pionniers quand il s agit de mettre en œuvre une politique diversifiée des eaux pluviales. Le projet d aménagement des Rives de la Haute Deûle, à Lille, est une bonne illustration des solutions mises en œuvre au sein des opérations de ce type. Deux objectifs ont été définis en matière d eaux pluviales : la maîtrise des rejets dans le milieu naturel en quantité et en qualité en valorisant l eau et en la mettant en scène. La combinaison de ces deux objectifs a donc conduit à mettre en place un système qui traite l eau quantitativement et qualitativement tout en étant visible et pédagogique : un système de bassins versants a été organisé pour amener l eau d amont en aval jusqu à un rejet régulé (2l/ ha/s) dans le bras du canal de Canteleu. Ce système de bassins versants est intégré aux espaces publics grâce à des noues, à des canaux intégrés aux voiries et à un jardin d eau. Un traitement qualitatif de l eau par sédimentation dans les canaux et par phytoremédiation dans le jardin d eau a été mis en place. Les espaces publics ont été dessinés pour permettre une gestion entièrement gravitaire des eaux pluviales, et l imperméabilisation des surfaces limitée en instaurant un pourcentage de 20 % de surface en pleine terre minimum à l échelle de Les canalisations de gros diamètres, jusqu à DN mm équipées de régulateurs de débit sont proposées par la plupart des fabricants de canalisations. Chantier Tubosider. chaque parcelle. Sur le reste des surfaces, la perméabilité des surfaces minéralisées a été privilégiée au maximum. À Lyon, la Zone d activité de Porte des Alpes est également considérée comme l un des exemples les mieux réussis d intégration des eaux pluviales dans la conception urbaine. Le cycle des eaux pluviales mis en place sur cette zone qui concerne plus de 250 hectares consiste à écrêter les crues lors de fortes pluies en stockant les eaux pluviales dans des bassins traités comme des lacs d agrément pour les écouler ensuite progressivement dans la nappe phréatique. Au total, quatre hectares de plans d eau ont été créés et tous ces ouvrages techniques sont à 90 % totalement ouverts au public : berges de lacs, parc, terrains de sport... Reste que tout n est pas transposable partout. Bien souvent, il faut tenir compte d infrastructures existantes, souvent anciennes, qui s accommodent mal avec ce type d aménagements qui laissent d autant plus de libertés et donc de possibilités que les Eaux pluviales et communes : un régime juridique compliqué Il n existe pas d obligation générale de collecte ou de traitement des eaux pluviales à la charge des collectivités territoriales. En revanche, s agissant des particuliers, le raccordement peut être imposé par les règlements d assainissement ou, plus fréquemment, par des documents d urbanisme. Reste que dans le cadre de ses pouvoirs de police, le maire a la capacité de prendre des mesures destinées à prévenir les inondations ou à lutter contre la pollution qui pourrait être causée par les eaux pluviales. La responsabilité de la commune peut donc être engagée par exemple en cas de pollution d un cours d eau résultant d un rejet d eaux pluviales non traitées. Par ailleurs, en tant que maître d ouvrage, la commune peut tout à fait décider d interdire ou de réglementer le déversement d eaux pluviales dans son réseau d assainissement ; elle a également la responsabilité de la régularisation des rejets d eaux pluviales au titre de la réglementation «eau». En outre, la maîtrise du ruissellement des eaux pluviales ainsi que la lutte contre la pollution apportée par ces eaux peut être prise en compte dans le cadre du zonage d assainissement défini dans l article L du code général des collectivités territoriales ; Enfin, l article L du code de l environnement habilite les collectivités territoriales et leurs groupements à entreprendre l étude, l exécution et l exploitation de tous travaux, ouvrages ou installations présentant un caractère d intérêt général ou d urgence, visant la maîtrise des eaux pluviales et de ruissellement L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 338

3 Récupération des eaux de pluie : collecter et filtrer jusqu à m² de toiture Pour permettre aux collectivités locales, aux grandes entreprises et autres collectivisés de collecter et filtrer les eaux de pluie à grande échelle, Kipopluie propose son filtre de très grande capacité Kipo3000 qui peut collecter et filtrer les eaux pluviales météorites jusqu à m² de toiture. Ce filtre, développé avec l aide du Conseil Régional d A q u i t a i n e e t O S E O Innovation est le fruit d un Programme de Recherche et Développement Innovant répondant aux contraintes réglementaires et d usage de récupération pluviale. Le principe de ce filtre triangulaire repose sur la différence altimétrique des fils d eau, ce qui permet contraintes liées à l existant y sont absentes. Il faut alors «faire avec» et s efforcer de mettre en œuvre les principes d une gestion intégrée des eaux pluviales qui prenne en compte l existant pour maîtriser la quantité et la qualité des eaux pluviales avant de les valoriser. Réguler les eaux pluviales en milieu urbain Premier principe à respecter : tout projet de réaménagement, de rénovation ou de création de nouvelles surfaces urbaines doit s inscrire dans une logique de non augmentation des flux d écoulements d eau. Pour ceci, il est possible d agir à plusieurs niveaux : à l échelle du réseau pluvial de la collectivité, à l échelle d un quartier ou d un lotissement ou encore à l échelle de la construction individuelle. À l échelle du réseau, la régulation repose sur différentes techniques. En amont, des techniques alternatives de stockage permettent de réduire les flux d eaux pluviales arrivant au réseau : les chaussées à structure réservoir, les chaussées poreuses pavées ou enrobées, les toitures terrasses, les puits d infiltration en sont quelques exemples. S il n est pas possible d infiltrer dans le sol, d autres solutions permettent un stockage avant rejet à débit limité : les fossés, les noues, les tranchées de rétention, les bassins secs. D autres techniques plus complexes consistent à exploiter ou augmenter les capacités hydrauliques du réseau pour stocker momentanément les eaux de pluie avant de les acheminer vers les usines de traitement. MAGES, le Modèle d aide à la gestion des effluents du SIAAP en est l un des exemples les plus aboutis. Il déclenche ainsi l alerte avant l arrivée d un épisode des économies sur le terrassement et une mise en œuvre facile. Incolmatable grâce à une grille inox de 400 µm et autonettoyant, ce filtre polyéthylène est proposé en deux diamètres (DN 200 et DN 400). Depuis mai 2010, ce filtre est également commercialisé en version plus petite, le Kipo500 de manière à répondre aux contraintes de filtration des toitures de 500 m². Les diamètres entrée/sortie sont modulables (DN 125 et DN 160). Les caractéristiques de la filtration restent les mêmes (cf. grille inox de 400 µm), l étanchéité est assurée par joint triple lèvres de type Forsheda et la sortie est emboîtable sur tube CR8. orageux ce qui permet de mettre en place, en amont, un scénario de sortie de crise pour appréhender l augmentation des volumes d eau à traiter et éviter les inondations tout un minimisant les rejets d eau non traitée dans la Seine. En exploitant les ouvrages de stockage actuellement au nombre de 11 (8 bassins et 3 tunnels) pour une capacité totale de m 3 et en y associant les grands émissaires de transport, le SIAAP peut stocker ponctuellement près de 1,8 million de m 3 pour faire face aux épisodes pluvieux. Une exploitation optimale des capacités hydrauliques du réseau est donc essentielle : elle permet de limiter les risques d inondation, de préserver les ressources en eau et les milieux naturels des risques de pollution et aussi d aménager l espace en intégrant les deux risques précédents. Ces capacités sont généralement complétées par des ouvrages de stockage ou de rétention des eaux de ruissellement, destinés à retarder leur arrivée au sein des usines de traitement. Plusieurs solutions existent. Les canalisations de gros diamètres, jusqu à DN 4000 mm équipées de régulateurs de débit sont proposées par la plupart des fabricants de canalisations. Hobas et APS pour des systèmes de stockage en PRV, Rehau et Polypipe pour des systèmes en PEHD double paroi, Tubosider pour des systèmes de rétention en acier galvanisé ou encore Bonna Sabla avec sa gamme de tuyaux en béton à âme tôle. Chaque matériau présente des avantages qui lui sont propres : résistance mécanique et insensibilité à la corrosion pour le PRV, légèreté et facilité de mise en œuvre pour le PEHD, facilité de mise en œuvre pour l acier, résistance mécanique et pérennité pour le béton. Autre solution, la construction de réservoirs de stockage susceptibles de retenir des volumes importants pour les restituer progressivement après les épisodes pluvieux. Stradal-Prefaest, Chapsol, Sotralentz, Simop ou Graf proposent des solutions modulaires qui permettent de mettre en place très rapidement des réservoirs à ciel ouvert ou enterrés en s adaptant à la plupart des contraintes. L Ecobassin de Chapsol est une bonne illustration. Il est constitué d éléments-cadre préfabriqués en béton juxtaposés et fixés mécaniquement entre eux. L étanchéité entre les éléments est assurée à l aide de joints élastomère pré-scellés en usine à 5 points de contact. En cas de gros besoins en terme de stockage, on peut aligner une ou plusieurs files d Ecobassins, chacune pouvant communiquer avec la suivante grâce à des réservations ou à des conduits de raccordement. D autres constructeurs comme Cimentub sont capables de s adapter très précisément aux dimensions requises en proposant des ouvrages hydrauliques sur mesure L Ecobassin de Chapsol est constitué d éléments-cadre préfabriqués en béton juxtaposés et fixés mécaniquement entre eux. L étanchéité entre les éléments est assurée à l aide de joints élastomère pré-scellés en usine. En cas de gros besoins, on peut aligner une ou plusieurs files d Ecobassins, chacune pouvant communiquer avec la suivante grâce à des réservations ou à des conduits de raccordement. Chapsol N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 39

4 Nidaplast Environnement Bonna Sabla Nidaplast Environnement propose des configurations complètes composées de blocs Nidaplast EP/ Nidaflow EP associés à des géotextiles et adaptées aux bassins d infiltration, aux chaussées réservoirs, aux noues de rétention ou d infiltration ou aux tranchées drainantes. Hydrocyl est un cylindre creux en béton préfabriqué, matériau naturel, faible consommateur d énergie et entièrement recyclable. Chaque cylindre fait 8 cm de long, 8 cm de section et 2 cm d épaisseur. Cette forme spécifique permet de retenir les eaux pluviales et d offrir une forte capacité de stockage autorisant un faible décaissement, avec des déblais en volume limité. en béton préfabriqué, totalement équipés et instrumentés, répondant à des besoins spécifiques. Cimentub a ainsi été parmi les premiers à concevoir et fabriquer des ouvrages de régulation et de traitement des eaux de ruissellement de plates-formes conformément aux spécifications de la loi sur l Eau en matière de rejet dans le milieu naturel. Depuis, l entreprise a développé son savoir-faire sur ce type d ouvrages, qu ils soient à ciel ouvert ou enterrés. En 2009, Cimentub a ainsi réalisé 6 bassins de rétention préfabriqués le long de l autoroute A1 dans le cadre de sa mise en conformité pour la protection en cas de pollution. En amont du réseau, les structures alvéolaires ultralégères (SAUL), bien adaptées aux milieux urbains denses, constituent une solution intéressante pour stocker les pluviales en ouvrages enterrés. Constituées de blocs manu-portables, elles sont faciles et rapides à mettre en œuvre et s adaptent à la plupart des contraintes topographiques ou géotechniques. Rehau avec Rausikko Box, Wavin avec Q-Bic, Funke avec son système D-Raintank ou Nicoll avec Waterloc, Hamon Thermal Europe avec Geolight, Fraenkische avec les Rigofill ou Sotra Seperef avec Rainbox II proposent une large gamme de blocs qui se distinguent par le matériau dont ils sont constitués (Polypropylène, PVC, PEHD) leur dimensions, leur possibilité d entretien et d inspection, leur résistance mécanique (utilisation sous espaces verts ou sous voirie) leur capacité à convenir à la fois aux techniques d infiltration et de rétention. Nidaplast Environnement propose de son côté des configurations complètes composées de blocs Nidaplast EP/ Nidaflow EP associés à des géotextiles et adaptées aux bassins d infiltration, aux chaussées réservoirs, aux noues de rétention ou d infiltration ou aux tranchées drainantes. L industrie du béton propose Hydrocyl, une alternative aux SAUL constituée d un ensemble de cylindres creux en béton préfabriqué, matériau naturel, faible consommateur d énergie et entièrement recyclable. Chaque cylindre fait 8 cm de long, 8 cm de section et 2 cm d épaisseur. Cette forme spécifique permet de retenir les eaux pluviales et d offrir une forte capacité de stockage autorisant un faible décaissement, avec des déblais en volume limité. Hydrocyl se met en œuvre de façon traditionnelle à la pelle mécanique, en vrac, et ne nécessite qu une opération de compactage. Elle est recouverte ensuite par un revêtement perméable ou imperméable (pavés poreux, enrobés poreux, béton poreux ). Le niveau de perméabilité d Hydrocyl est de 1 m/s, pour une capacité d absorption de 600 litres par m 3, soit une porosité de 60 %. Ces techniques permettent de réguler les volumes et débits des ruissellements en évitant le lessivage des surfaces polluées. Parfois, elles assurent une fonction complémentaire de prétraitement. Stocker, réguler, tout en assurant une fonction de prétraitement Les techniques dites alternatives peuvent permettre dans certains cas de stocker Un piège à macro-déchets pour déversoirs d orage utilisant l énergie de l eau Installé dans un déversoir d orage comportant un seuil déversant généralement oblique, le dispositif Hydrospin commercialisé par Hydroconcept se compose d une cloison siphoïde protectrice et d une plaque déflectrice réglable afin de générer la création d un tourbillon. L énergie nécessaire à la création artificielle du tourbillon (ou vortex) est fournie par l effluent. Elle doit être suffisamment importante pour aspirer les flottants vers le fond. La présence du déflecteur génère une perte de charge entre l amont et la zone du vortex située derrière le déflecteur. Ainsi les flottants sont continuellement dirigés le long de la cloison siphoïde vers la zone du vortex, puis aspirés par le tourbillon à travers l orifice de la conduite aval. Le dispositif Hydrospin exploite donc un phénomène purement hydraulique et fonctionne continuellement, dès que le niveau du plan d eau atteint un seuil préalablement calculé. Il ne nécessite en principe aucune maintenance, le vortex créant les conditions d un autocurage empêchant toute obstruction de la conduite aval. L équipement de déversoirs d orage exitants améliore ainsi la qualité de l eau rejetée et permet de protéger le milieu naturel L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 338

5 Installés à bon escient et surtout correctement maintenus, les séparateurs d hydrocarbures sont efficaces. Sahler mais aussi de dépolluer les eaux pluviales en favorisant une décantation des matières en suspension ou une filtration de l effluent. Les techniques extensives comme les filtres plantés de roseaux ont également fait leurs preuves notamment en matière de ruissellements autoroutiers. Un programme baptisé Segteup (Systèmes extensifs pour la gestion et le traitement des eaux urbaines de temps de pluie) réunit depuis janvier 2009, 7 partenaires (Cemagref, Insa, LGCIE, EDU-EVS, Le Grand Lyon, Graie, SINT, Epurnature) afin de développer, optimiser et valider ce procédé de traitement extensif. Segteup va permettre, grâce à neuf unités pilotes de tester différentes configurations : matériaux, épaisseurs et mode d alimentation. Forte de 15 années d expériences sur les filtres plantés de roseaux, la SINT met en œuvre ces principes pour la réalisation de systèmes dédiés spécifiquement aux eaux de ruissellement polluées. L intégration paysagère de ces filières est un atout supplémentaire non négligeable et permet une valorisation intéressante des eaux pluviales. Mais dans d autres cas, notamment lorsqu il y a pollution récurrente ou risques liés à certaines activités, l implantation d ouvrages de prétraitement pourra s avérer nécessaire : décanteurs, dessableurs, débourbeurs, déshuileurs, séparateurs d hydrocarbures. Ces derniers, dont l efficacité a été un moment mise en cause, font désormais l objet d un suivi plus strict de leurs performances avec notamment, la mise en application de la norme NF et du marquage CE. Reste que lorsqu ils sont installés à bon escient et surtout correctement maintenus, ces ouvrages sont efficaces. Ils sont basés sur le principe de la décantation et de la coalescence. Dans les deux cas, il s agit d exploiter sur un flux d eau polluée l effet gravitaire pour que les légers remontent et les plus lourds décantent. Lorsqu une phase organique est dispersée en gouttelettes, on peut accélérer le processus en provoquant la coalescence des gouttelettes. Cette coalescence est favorisée par des dispositifs variés : mousse polyuréthane, cellules coalescentes avec matériaux de remplissage en vrac dans des blocs ainsi que des blocs lamellaires utilisés également en décantation de particules solides. Ils sont constitués d un premier sas de décantation (débourbeur), d une partie coalescence et d un troisième compartiment d évacuation avec un dispositif d obturateur automatique. Le principe est que l eau (phase lourde) circule toujours en partie inférieure pour laisser surnager calmement la phase légère. Les séparateurs d hydrocarbures sont proposés dans différents matériaux : le béton (Bonna Sabla La Nive), l acier (A Quia, Dunex, Franceaux, Saint Dizier, Simop, Techneau) les matières plastiques renforcées ou non (Saint Dizier, Sebico, Simop, Techneau) éventuellement revêtus. KWI a présenté à Pollutec 2010 un nouveau séparateur de marque Freylit composé de 1 à 3 compartiments en fonction des modèles : un débourbeur, un séparateur HC et une cuve de stockage HC. Le brevet est basé sur le principe simple de coalescence des microparticules d huile présentes dans l eau. L eau chargée en hydrocarbures rentre dans le séparateur par un côté, traverse latéralement un ensemble de plaques lamellaires, puis ressort épurée du côté opposé à l entrée. KWI a présenté un nouveau séparateur de marque Freylit composé de 1 à 3 compartiments en fonction des modèles : un débourbeur, un séparateur HC et une cuve de stockage HC. Le brevet Freylit évite tout colmatage du système et limite les risques de développement bactérien. KWI N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 41

6 Par rapport à d autres types de séparateurs existant, le brevet Freylit évite tout colmatage du système et limite les risques de développement bactérien. Le principe des plaques en polypropylène permet de garantir une teneur en HC résiduels inférieure à 5 ppm. Le process Freylit peut s installer aussi bien en cuve béton, polypropylène ou inox, en fonction des contraintes d implantation (enterrée ou hors sol) et du dimensionnement. Techneau présente de son côté l Hydrorac, un système de régulation des flux entrants pour les séparateurs à hydrocarbures avec by-pass intégré et prise d eau en amont du débourbeur. L Hydrorac permet d éviter le colmatage de l accès du débourbeur, d interdire la remise en suspension des boues et d optimiser le dégrillage de l effluent. Saint Dizier Environnement a présenté également à Pollutec 2010 le Stoppol, un concept innovant permettant de protéger le milieu naturel tout en proposant des procédures simples d exploitation. Ce procédé testé par le GARIH (Communauté Urbaine de Bordeaux, SETRA, CETE) a permis d obtenir des taux d abattement de 60 à 92 % de DCO, pour un rendement en MES de 66 à 91 %, avec des valeurs d entrée jusqu à 1 g/l en MES composées d au moins 20 % de particules inférieures à 80 microns, et de 4.7 % de matières organiques. L ouvrage de faible dimension, réalisé en matériau composite, s implante au plus près des ouvrages de collecte. Sa conception lui permet de traiter l équivalent d une zone de ruissellement de 1000 m². Il comprend un panier dégrilleur inox pour retenir les macros déchets, un skid de décantation composé de plaques tronconiques en ABS, une colonne d aspiration avec raccord pompier, permettant d extraire la pollution piégée, la sortie de l ouvrage est protégée par un dispositif siphoïde, destiné à intercepter les pollutions flottantes éventuelles. Nidaplast Environnement propose de son côté le Nidatreatment, un ouvrage de dépollution placé en amont d une zone de stockage enterré des eaux pluviales qui permet de piéger les matières en suspension issue des eaux de ruissellement avant rejet en milieu naturel ou dans une noue, une chaussée réservoir, un puits ou encore une tranchée drainante. Sur des zones imperméabilisées sur lesquelles s exercent des activités particulières comme par exemple les ports, l implantation d ouvrages de traitement spécifiques peut s avérer nécessaire évitant ainsi d importantes opérations de dépollution des vases. Techneau propose par exemple une unité de traitement spécialement conçue pour traiter ces eaux de ruissellement particulières. L UTC (Unité de Traitement des aires de Carénage) est un appareil destiné à piéger les MES contenues dans les eaux polluées issues des aires de carénage de bateaux avant leur rejet dans le port. Une fraction importante de la pollution (zinc, plomb, métaux lourds...) est en effet fixée sur les MES. L ouvrage est composé de trois compartiments ayant chacun une fonction bien distincte : le premier appelé déssableur permet de piéger les matières lourdes et les flottants, le second compartiment est équipé d une cellule lamellaire constituée d un profil en polypropylène qui augmente la surface de séparation et favorise ainsi la décantation des matières les plus fines (MES) tandis que le troisième compartiment assure la séparation des hydrocarbures libres de densité 0, L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 338