Gestion des eaux pluviales : volet technique

Gestion des eaux pluviales : volet technique Nadine AIRES Agence de l Eau Seine Normandie AESN/NA

Pollutions par temps de pluie - Polluants présents dans les eaux pluviales urbaines, origine, transfert,

Quels polluants dans les rejets urbains de temps de pluie? Matières organiques, métaux lourds, pesticides, hydrocarbures, bactéries,... Nadine AIRES AESN Crédit photos : AESN

Les polluants en milieu urbain Nadine AIRES AESN Séminaire micropolluants - 16 octobre 2009

Micropolluants : ceux qu on cherche A l aval de bassins versants > 100 hectares 88 substances Substances des listes DCE + Dir 76 : 45 Substances complémentaires : 43 Nadine AIRES AESN

Ce qu on trouve Chrome 4-(para)-nonylphénol 4-n-octylphénol Sur les 3 réseaux séparatifs Pentachlorophénol Chry B(a)P TBT pluviaux : 38 substances B(k)F B(b)F DBT MBT Pb Cu Zn N 7/8 PCB, 16/16 HAP, 3/8 métaux (Pb, Cu, Chlorure de D(a,h)A méthylène B P Diuron IP Isoproturon Zn), 6/24 DEA pesticides, DEHP, PCB 28 Métaldéhyde 3/5 Ethylbenzène Ace PCB 52 Aminotriazole alkylphénols, Toluène 2/3 organoétains Acyl PCB 101 Glyphosate (DBT et Xylènes F PCB 118 AMPA MBT). Tétrachloroéthylène P PCB 138 DEHP Endrine A PCB 153 Fluo PCB180 Pyr Nonylphénols B(a)A 4-ter-butyl phénol Aldrine Chlorfenvinphos Déséthylsimazine Simazine 55 substances para-tert-octylphénol détectées au moins une fois Dieldrine sur les EP d un des 3 sites. Réseaux séparatifs pluviaux Nadine AIRES AESN Sally ZGHEIB 2009 Ce qu on ne trouve pas Cd Hg Pentabromodiphényléther Pt Octabromodiphényléther Ni Décabromodiphényléther PCB 194 Alachlore Hexachlorobenzène DDT-2,4' Pentachlorobenzène DDT-4,4' 1,2,4 trichlorobenzène Isodrine 1,2,3 trichlorobenzène alpha Endosulfan 1,3,5 trichlorobenzène béta Endosulfan 33 substances Benzène Lindane Isopropylbenzène Hexachlorocyclohexane 1,2 dichloroéthane Chlorpyrifos Hexachlorobutadiène Trifluraline Chloroforme Atrazine Tétrachlorure de carbone Chloroalcanes C10-C13 Trichloroéthylène 4-chloro-3-méthylphénol Sucy-en-Brie ZAC Paris Rive Gauche Noisy-le-Grand Substances non détectées

Et dans les eaux usées? Sally ZGHEIB 2009 Substances détectées 59 détectées au moins une fois sur eaux usées ( 55 séparatif EP ) 28 dans EU, EP et dépôts de réseaux Substances non détectées 22 dans le mélange d eaux usées et d eaux pluviales (< 33 séparatif EP) La plupart des micropolluants sont présents à la fois dans les eaux usées et les eaux pluviales à l aval de BV > 100 ha : Métaux (Pb, Cr, Cu, Zn), HAP, PCB, alkylphénols, DEHP, pesticides (AMPA), Certains sont en concentration plus importantes dans les eaux pluviales : pesticides, Nadine AIRES AESN

Qualité des eaux pluviales d amont en aval Des différences amont aval Quantité Qualité Concentrations Au plus près de l endroit où la goutte de pluie tombe PCB Amont << MES, DCO Amont < Aval HAP Amont Aval Au point de rejet dans le milieu naturel BV > 100 ha Zn Amont > Aval Nadine AIRES AESN

Qualité des eaux pluviales d amont en aval A. BRESSY, 2010 500 400 300 200 100 700 500 300 100 10 5 7 6 5 4 3 2 1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 2.5 2 1.5 1 0.5 250 200 150 100 50 0 MES mg/l DCO mg/l 0 7PCB ng/l 0 13 HAP µg/l 0 A B(a)P B(b)F B(k)F µg/l I(123)P B(ghi)P 0 NP µg/l 0 Cu µg/l Pb µg/l Zn µg/l EP Référence Ret. atmosphériques Zgheib, 2009 X NQE

Répartition dissous / particulaire A. BRESSY, 2010 Petits BV amont HAP, Pb particulaires (> 80 %) Matières organiques, PCB, Cu particulaires et dissous Zn, alkylphénols dissous D amont en aval Augmentation de la fraction particulaire pour Pb, PCB, Cu, Zn, nonylphénols Répartition dissous/particulaire équivalente pour octylphénols et HAP

Masse cumulée / Masse totale en % Répartition dans le temps 1 er flot? 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Volume cumulé / Volume total en % TSM spécial «eaux pluviales» n 11 Novembre 1995 Nadine AIRES AESN 1 er flot plus de 80 % de la masse transportée dans les premiers 30 % du volume Sur sites séparatifs de 10 à 30 ha Phénomène rare Trop rare pour fonder une stratégie efficace de lutte contre la pollution

Le Clos Saint-Vincent (Noisy-le-Grand, 93) SITE D'ETUDE Zone : Résidentiel dense Réseau séparatif Urbanisme homogène Apports homogènes Gestion originale des EP Réseau séparatif classique Zone à débit de fuite limité 10 l/s/ha Équipement de 4 BV 100 m Débits régulés à 10 l/s/ha Référence (0,8 ha) Réseau séparatif classique Parcelle bâtie Voirie Retombées atmosphériques Interatlas

D où viennent les polluants des eaux de ruissellement? A. BRESSY, 2010 40% 21% 38% HAP Cu 39% 62% Ret. Atm. Bâti Voirie NP 37% 25% 38% Ret. Atm. Corrosion toits Voirie Pb 58% 19% 23% 41% 28% 10% 6% OP Zn 31% 84% Contribution de l atmosphère : 10 à 40 % pour HAP, NP, OP, Cu, Pb et Zn (100 % pour les PCB) Contribution des matériaux de toitures > 50 % pour Pb et Zn Nadine AIRES AESN

0,1 1 10 100 Alu Peint Pb Ba Mn Cu Al Fe Zn Émissions des matériaux Alu Mn Ba Ti Cu Fe Zn Al Inox Cr Ni Ti Ba Galva Peint Ti Mn Ba Cu Pb Galva Cr Pb Mn Ba Ti Anthra zinc Cr Mn Ba Ti Pb Zinc naturel Mn Ba Ti Pb Zinc ancien Cr Co Li Cu Ti Sr Cd Ba Fe Al Pb Cuivre Cr Sr Ti Ba Mn Pb Al Fe Zn Cuivre ancien Cr Ti Sr Ba Pb Mn Al Zn Fe Plomb Une Cu hiérarchisation des émissions d ETM par type de matériaux de toitures Ba Ti Mn Sr Pb Un cadre Fe Al Fe méthodologique Al Ni Al pour la modélisation des Mn Cu flux métalliques émis à l échelle annuelle par les Fe Al Al Fe toitures Zn Fe Al Fe Zn Plomb ancien Li Co Ti Ni Ba Cd Mn Cu Sr Al Fe Zn 1000 Zn P. ROBERT-SAINTE, 2009 Zn Cu Zn Zn Cu Pb Pb mg. m -2 an -1

Émissions des matériaux Une hiérarchisation des émissions d ETM par type de matériaux de toitures P. ROBERT-SAINTE, 2009 Indice de contamination métallique Très fort : Plomb ancien >> Cuivre ancien > Cuivre Fort : Plomb > Zinc ancien > Zinc naturel > Anthrazinc > Galva Faible : Galva peint Inox Alu Alu peint Crédit photo AESN/NA Nadine AIRES AESN

L ENTRETIEN DE TOITURE SOURCE DE POLLUANTS Nadine AIRES AESN Crédit photos LEESU/MCG

Entretien de toitures 1/2 A. VandeVoorde, 2010 Traitement le plus répandu : anti-mousses Biocide utilisé : chlorure de benzalkonium Dose appliquée : 4 à 7g/m² H 3 C N + C n H 2n+1 CH 3 Chlorure de Benzalkonium Données fabricants (FDS) - Très toxique pour l environnement aquatique - Très biodégradable (> 90%) 12 à 18 carbones Données bibliographiques - Caractère irritant et allergène très fort (Hemery, 2008 ; fiche INRS) - Biodégradation assez forte, mais soumise à caution (Kümmerer et al., 2002) fixation sur boues - Très toxique pour l environnement aquatique Alkyldiméthylbenzylammonium ou benzalkonium (n CAS : 8001-54-5) Nadine AIRES AESN

Entretien de toitures 2/2 A. VandeVoorde, 2010 Contaminations très importantes des eaux de ruissellement de toiture après traitement, Lessivage important lors des premières pluies après le traitement, Importance du lessivage fonction du matériaux de toiture et de son état de surface (tuile < béton pour état de surface comparable) Nadine AIRES AESN Ajustements des pratiques Incidences sur les usages

Les sites expérimentaux et les partenaires d OPUR Action financée par la région Ile-de-France

L évaluation du potentiel polluant du site : un préalable indispensable pour une meilleure maîtrise des pollutions dès l origine du ruissellement

L évaluation du potentiel polluant du site Exiger une évaluation réaliste du risque de pollution (au-delà des idées préconçue et spécifique au site) Identifier les sources potentielles d apports polluants : pratiques d entretien, matériaux, activités licites et illicites, pollutions accidentelles, etc. Envisager les mesures à prendre pour réduire ces apports Adapter la conception des aménagements en fonction de ces éléments

Paramètres globaux Métaux Micropolluants organiques Les eaux de ruissellement du projet sont-elles susceptibles d être polluées de manière significative? Bâtiments Toitures Couvertures métalliques (Cu, Pb, Zn, ) Toits tuiles ou ardoises avec éléments Toits tuiles ou ardoises sans éléments métalliques Autres Toits terrasse non végétalisé végétalisé - ++/++++ - +/++ (si Pb) ~ RA / + - - ~ RA / + - + - ++ si autoprotection en métal ou évacuation en plomb - ++ si évacuation en plomb ~ RA ++ dans les mois qui suivent un traitement anti-mousses (biocides) + / ++ (HAP, phtalates, PBDE?, alkylphénols?) risques d'émissions par les membranes d'étanchéité (non quantifiés actuellement) +/++ (mécoprop) Facades - risques d'émissions de polluants mais manque de données sur les flux Analyser le site Diagnostic Parkings et voiries Parkings faible renouvellement, type parking événementiel (centre de congrès, salle de spectacle,..) renouvellement moyen, type zone résidentielle, parking d'entreprise fort renouvellement, type zone commerciale, centre ville faible traffic, bonne fluidité - + + ++ ++ +++ - + + ++ +++ + Voiries fort traffic, bonne fluidité fort traffic, bonne fluidité mais présence de feux et de stops + + ++ ++ traffic non fluide ++ +++ +++ ~ RA / ++ selon l'activité Zones piétonnes imperméables et places dans la zone et la nature ~ RA / + ~ RA / + des revêtements CU / LEESU pour l AESN 2011 Espaces verts risque de contamination du ruissellement par les produits phytosanitaires + / ++ selon la surface ~ RA ~ RA / ++ selon le traitement des espaces verts Importance relative de la contamination des eaux de ruissellement de différents types de surfaces urbaines Attention aux matériaux et aux pratiques d entretien

AGENCE DE L EAU SEINE NORMANDIE Outils de bonne gestion des eaux de ruissellement en zone urbaine Les eaux de ruissellement du projet sont-elles susceptibles d être polluées de manière significative? Analyser le site Grille d analyse parking pollution chronique pollution accidentelle Nombre de places Taux d'occupation Tfo Fo M Fa Tfa Taux de renouvellement Tfo Fo M Fa Tfa Type de véhicules %Pl %Vl Autres État du parc automobile %Tv %V %Mv %R %Tr importance du trafic de camions citernes nature des fluides transportés Tfo Fo M Fa Nulle Ouverture au public Journée Soirée Nuit Week endon Déversements illicites Surveillé Oui Non fréquentation du site Tfo Fo M Fa Tfa Entretien Chaussée Espaces verts CU / LEESU pour l AESN 2011 Évaluation du risque de. pollution Evaluation du potentiel de contamination des eaux de ruissellement Grille d analyse parking 13 avril 2011

Techniques de gestion des eaux pluviales AESN/NA

Techniques de gestion des eaux pluviales Priorité aux actions préventives Définition des objectifs Gestion à l amont et/ou à l aval : quelles techniques? Nadine AIRES AESN

Quels objectifs? D après «La ville et son assainissement» (2003) Niveaux service de Situation météorologique Service attendu Etat de fonctionnement du système Niveau 1 Faibles pluies 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) Niveau 2 Pluies moyennes 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

Incidence sur les volumes à stocker

Calcul des volumes à stocker en fonction d un débit de fuite déterminé Pollution/Inondation/Récupération d eau pluviale Méthodes simplifiées Ab7 IT 77 (problème T trop importantes) Méthode des volumes Méthode des pluies Méthodes des débits

Volumes à stocker 3 objectifs possibles 1. Inondation 2. Pollution 3. Récupération/Recyclage 3 méthodes de dimensionnements Inondations Maîtrise des pollutions Récupération/ recyclage

Volumes à stocker Dimensionnement Données à utilisées Pluies importantes Inondations Pluies courantes < T 6 mois 1 an Besoins / Usages Maîtrise des pollutions Récupération/ recyclage

Des textes de référence - Circulaire 77.284 de juin 1977 (IT77) - guide CERTU «la ville et son assainissement» (V&A), 2003 ; chapitre 6 TB - Fascicule 70 (CCTG) - Normes NF EN 752-3 et 4 mais pas de méthodes «imposées» 31

Paramètres: la pluie La pluie : représentation Les 3 régions de l Instruction Technique de 1977 sont caduques 32

CAPACITE SPECIFIQUE DE STOCKAGE : ha (mm) 100 Evaluation des volumes stockés Ab 7 IT 77 30 20 15 0,5 1 Débit de fuite : q (mm/h) 10

Valeurs repères de dimensionnement d un BR en IDF D après E. Berthier CETE IdF (volume et temps de remplissage) T / débit de fuite 1 l/s/ha 2 l/s/ha 2 ans 225 m 3 /ha-actif (12h) 160 m 3 /ha-actif (5h) 10 ans 450 m 3 /ha-actif (24h) 330 m 3 /ha-actif (8h) 20 ans 550 m 3 /ha-actif (24h) 400 m 3 /ha-actif (10h)

Méthode Type de résultats fournis / Conditions d utilisation privilégiées Méthode des pluies Méthode des volumes Fournit : Un volume maximum de stockage Une estimation de temps de vidange et de fonctionnement Permet : Dimensionnement d ouvrages ponctuels ou d enchaînement simples d ouvrages Fournit : Un volume maximum de stockage Une estimation de temps de vidange Permet : Dimensionnement d ouvrages ponctuels Hypothèses / données nécessaires débit de fuite constant coefficient d apport constant transfert instantané de la pluie à l'ouvrage de retenue nécessite des courbes IDF/HDF pour des durées longues débit de fuite constant coefficient d apport constant transfert instantané de la pluie à l'ouvrage de retenue nécessite des données pluviométriques sur des longues durées et leur dépouillement Avantages / Limites simple à utiliser (méthode manuelle) Donne des volumes généralement < à ceux calculés à partir de la méthode des volumes pour la même série de mesures simple à utiliser (méthode manuelle) Donne des volumes plus justes que la méthode des pluies pour la même série de mesures difficilement utilisable pour des enchaînements d ouvrages Méthode de simulation de type réservoir (Méthode des débits) Fournit: Un ou des hydrogramme(s) de sortie des ouvrages L évolution des volumes et des hauteurs d eau au sein des ouvrages Un volume maximum de stockage et un temps de vidange si besoin Permet : Planification Diagnostic d un état existant Dimensionnement d ouvrages ponctuels quelconques et d enchaînement quelconque d ouvrages débits de fuite variables quelconques nécessitant de définir des lois de vidange des organes de sortie gagne à être couplée avec des modèles de production et de transfert sur les bassins versants alimentant les ouvrages ou des hydrogrammes d entrée nécessite de définir des pluies de projet ou de disposer de pluies historiques IDF : Intensité-Durée-Fréquence / HDF : hauteur-durée-fréquence Tableau 2 : Conditions d'utilisation, avantages et inconvénients des méthodes (Barraud & Alfakih, 1999) Adaptée à une gamme importante de problèmes Permet de simuler correctement les dynamiques de remplissage des ouvrages et de fonctionnement des bassins versants régulés par des dispositifs de stockage difficulté de modéliser une structure non régulée par des organes spécifiques (infiltration par exemple) difficulté dans le choix de la pluie

Le bon outil est celui qui est le mieux adapté au contexte : objectif visé complexité du problème à traiter

Gestion des eaux pluviales à l amont, au plus près de l endroit où la goutte de pluie touche le sol

Gestion à l amont : quelles «techniques»? Des techniques À ciel ouvert Enterrées Des ouvrages de gestion des eaux pluviales (ne sont pas conçus spécifiquement pour la dépollution) de dépollution (dédiés à la dépollution) Décantation + filtration Adsorption? Volatilisation? Photolyse? Biodégradation anaérobie? Biodégradation aérobie? Rôle des plantes Structuration des sols Nadine AIRES AESN

Ile de France Ciel ouvert Gestion des eaux pluviales Nadine AIRES AESN Crédit photo AESN

Ile de France Ciel ouvert Gestion des eaux pluviales Crédit photo AESN Nadine AIRES AESN

Zénith de Rouen Ciel ouvert Gestion des eaux pluviales Crédit photo AESN Nadine AIRES AESN

Chaussées à Structure Réservoir Ile de France 2 enrobés drainants: aucun entretien Ciel ouvert Acoustique Gestion des eaux pluviales Sécurité routière Pas encore colmaté Colmaté

Enterré Dépollution Les séparateurs d hydrocarbures ne sont pas des ouvrages adaptés à la dépollution des eaux pluviales urbaines Ne sont pas éligibles aux aides AESN de la ligne 9112 Nadine AIRES AESN

Séparateurs particulaires? Décanteurs compacts? Enterré Dépollution Crédit photos : LROP Séparateurs particulaires? Décanteurs compacts? Nadine AIRES AESN

Séparateurs particulaires? Décanteurs compacts? Enterré Dépollution Cône vide, pompe d extraction colmatée (LROP) Nadine AIRES AESN

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Ciel ouvert Dépollution et gestion des eaux pluviales «Bassins de lagunage et bassin écologique» alimentés par des eaux de ruissellement Parc des Chenevreux Nanterre Crédit photos AESN Nadine AIRES AESN

Le moniteur, 2008 Ciel ouvert Dépollution?

Eléments d efficacité : quelles données disponibles? Evaluation théorique Propriétés des polluants Processus Mesure in situ Bibliographie BD USEPA OPUR 3 Nadine AIRES AESN

Abattements de micropolluants Evaluation théorique SCORE PP 2008 Les meilleurs scores pour les BMPs : bassins d infiltration zones humides construites à flux sous-surfacique Nadine AIRES AESN Mais les investigations continuent