Gestion et entretien des plans d'eau urbains

Lacs, étangs, zones aquatiques d’agrément ou de loisirs, bassins écrêteurs, retenues d’eaux pluviales, il existe une multitude de plans d’eau en zone urbaine.

L'urbanisation et en particulier l’imperméabilisation de surfaces considérables, est à l'origine de la création d'un nouveau type de plans d’eau urbains à rôle hydraulique : les retenues d’eaux pluviales et les bassins régulateurs de cours d’eau. À la fonction hydraulique initiale s’est vite associé l’aspect paysager des plans d'eau en pleine zone urbaine. Zones de promenades, de loisirs, espaces verts, les bassins régulateurs ont parfaitement été intégrés par les aménageurs dans certaines villes nouvelles.

Les plans d’eau, qu’ils soient naturels ou artificiels, font donc partie intégrante du paysage urbain d’aujourd’hui. Tout comme elles entretiennent les espaces verts, les villes ont pris conscience qu’elles devaient entretenir les plans d'eau. Peu intéressées par une activité réduite lorsqu’elle est limitée à une seule ville, les municipalités se sont naturellement tournées vers les gestionnaires de l’eau et de l’assainissement.

L’entretien régulier des plans d'eau

De même que l'entretien des espaces verts, l'entretien des plans d'eau doit être effectué de façon régulière. Les prestations correspondantes peuvent être classées en quatre groupes :

• • le ramassage des objets flottants, papiers et détritus divers,
• • le contrôle du développement des végétaux et des algues,
• • l'entretien des installations électromécaniques et des ouvrages situés à l’amont et à l’aval du plan d’eau,
• • le suivi de la qualité des eaux et la surveillance des pollutions.

Le ramassage des corps flottants, papiers, bouteilles et détritus divers, permet le maintien de la « qualité » visuelle du plan d’eau, la pollution visuelle étant souvent celle qui touche le plus les usagers et les riverains. Le maintien de l’aspect esthétique est donc un élément important de cette activité d’entretien des plans d’eau. Elle nécessite des passages réguliers, généralement une à deux fois par semaine selon la sensibilité locale et la zone d’implantation du bassin.

L'entretien régulier de la végétation permet de contrôler le développement et d’éviter, dans la plupart des cas, l'envahissement du plan d’eau par les végétaux. Cet entretien consiste surtout à éviter leur prolifération durant la période de croissance, mais également à couper et à enlever, avant l’hiver, les pousses de l’année afin d’éviter leur pourrissement dans l’eau. Ces opérations permettent de limiter à la fois le comblement progressif du bassin par les débris végétaux et l’apport de matière organique consommatrice d’oxygène dissous. Ils contribuent également à une certaine épuration du milieu par l’exportation de la biomasse annuelle produite à partir des éléments nutritifs de l’eau. Les problèmes posés par la prolifération des végétaux sont abordés dans la troisième partie de cet article.

L'entretien des installations mécaniques, électromécaniques et des ouvrages amont et aval fait également partie des travaux d’entretien. Les ouvrages de prétraitement des eaux alimentant le plan d'eau — dégrilleur, dessableur, déshuileur, décanteur — doivent être régulièrement contrôlés et entretenus pour assurer leur fonctionnement et leur efficacité. La manœuvre régulière des vannes de régulation hydraulique permet d’éviter l’encrassement et le blocage de ces installations. L’entretien des fontaines, pompes de recirculation et autres installations électromécaniques est inclus dans cette activité.

Le suivi de la qualité est également effectué par les équipes d’entretien. La mesure de quelques paramètres physico-chimiques simples et des observations de terrain permettent de déceler d’éventuels dysfonctionnements écologiques des bassins. Des passages réguliers assurent aussi la surveillance des pollutions diverses pouvant affecter les plans d'eau. De plus, les riverains et usagers identifiant facilement la société responsable de l’entretien, le retour d'information est très rapide en cas de pollution accidentelle importante.

Les problèmes particuliers rencontrés et leurs solutions

L’envahissement par la végétation

Les végétaux sont indispensables à l’équilibre écologique des plans d’eau. Les problèmes apparaissent lorsque leur développement devient excessif. L’origine des proliférations végétales est multiple. Il existe un certain nombre de facteurs climatiques, physiques, chimiques et biologiques qui vont particulièrement favoriser le développement et l’envahissement des plans d'eau par les végétaux. Parmi ces différents facteurs, deux sont particulièrement importants : la faible hauteur d'eau et la richesse en éléments nutritifs. Des berges en pente douce où la hauteur d’eau reste faible (inférieure à 60 cm), permettent l’implantation des végétaux semi-aquatiques sur plusieurs mètres. De nombreux plans d'eau récents — en particulier les retenues d’eaux pluviales — comportent des profondeurs relativement faibles, de 1 mètre à 1,5 mètre, qui ne sont pas suffisantes pour limiter le développement des espèces aquatiques. L’excès d’éléments nutritifs (Azote et Phosphore) est lié aux apports du bassin versant et en particulier aux activités humaines exercées sur celui-ci ; il entraîne un développement excessif de la végétation qui est un des signes de l’eutrophisation des plans d’eau.

Ces proliférations végétales vont avoir des conséquences directes ou indirectes sur le fonctionnement et les usages du plan d’eau :

• • diminution de la surface d’eau libre limitant les usages du plan d’eau (pêche, baignade, modélisme...) ;
• • accélération du comblement par des apports de débris végétaux ;
• • amplification des variations estivales journalières des teneurs en oxygène dissous. Photosynthèse le jour et respiration la nuit sont directement fonction de l'abondance végétale et algale. La teneur en oxygène dissous en fin de nuit peut alors atteindre des valeurs critiques pour la vie des poissons ;
• • accumulation de matière organique végétale dans le sédiment et consommation de l’oxygène dissous pour la minéralisation de cette matière organique.

Pour l’exploitant, la prolifération végétale va également avoir une influence en termes de temps de travail et de coût d’entretien. Dans la mesure du possible, il est préférable d’exercer un contrôle régulier du développement des végétaux plutôt que d’avoir à réaliser une opération lourde de faucardage. Les solutions vont être, soit curatives par la destruction des végétaux, soit préventives par la limitation de leur développement. Le faucardage doit systématiquement être accompagné du ramassage et de l’enlèvement des végétaux coupés. La coupe réalisée par bateau faucardeur ou depuis la berge en utilisant un godet faucardeur monté sur une pelle hydraulique doit être effectuée préférentiellement sous l’eau, ne serait-ce que pour éliminer un maximum de biomasse.

Les produits herbicides doivent être utilisés avec prudence car ce sont avant tout des composés toxiques. Ils nécessitent une parfaite connaissance de la flore aquatique, car leur action est souvent spécifique d'un groupe végétal ou même de quelques espèces.

La limitation des apports en éléments nutritifs par une meilleure gestion de la qualité des eaux du bassin versant est essentielle, l’excès de nutriments étant très souvent la cause principale des proliférations végétales. Bien que parfois délicate, l'intervention sur la source du problème est toujours préférable.

L’envasement

L’envasement du plan d’eau conduit progressivement à son comblement. C’est un phénomène naturel de l’évolution des milieux aquatiques. Très lent pour les lacs, il peut être rapide pour les petits plans d’eau peu profonds et dépend principalement des apports de matières décantables.

L’origine de l’envasement est donc directement liée aux apports externes mais également aux apports internes au milieu aquatique :

• • les apports externes sont fonction des eaux d’alimentation du plan d’eau. Cours d’eau et eaux de ruissellement pluvial peuvent être très chargés en matières en suspension minérales et organiques. Ces éléments sédimentent en arrivant dans le plan d’eau d’autant plus rapidement que la taille des particules est importante. Les eaux pluviales sont particulièrement chargées en sables, limons, boues, débris organiques de toutes sortes. Le plus souvent elles arrivent directement au plan d’eau sans prétraitement permettant l’élimination des matières en suspension. À l’arrivée des collecteurs d’eaux pluviales se forment des cônes de sédimentation d’éléments grossiers, caractéristiques des modifications de régime hydraulique. À ces apports par les eaux d’alimentation et de ruissellement s’ajoutent les apports organiques de la végétation arbustive et arborescente des alentours. Les feuilles d’arbres peuvent représenter des quantités très importantes de matières organiques dans les plans d’eau entourés par de nombreux arbres ;
• • les apports internes sont de nature organique : ce sont les débris des végétaux aquatiques et semi-aquatiques des berges, les algues et les organismes animaux qui meurent et sédimentent dans le plan d’eau. Ils peuvent constituer des apports importants de matière organique dans le sédiment.

Les conséquences vont être évidemment le comblement du plan d’eau et la diminution du volume d’eau, mais également l’accélération du développement végétal par la diminution de la hauteur d’eau, l’apparition dans certains cas d’odeurs de vase et, à terme, l’évolution vers le marais. Les solutions sont, soit préventives, en essayant de limiter les apports, soit curatives, par l’élimination des vases accumulées. L’installation de décanteurs, débourbeurs sur les réseaux d’eaux pluviales, la création d’un pré-bassin de décantation des particules en suspension vont réduire considérablement la vitesse d’envasement du plan d’eau. Le contrôle et la maîtrise du développement des végétaux et des algues permettent de limiter l’apport de matières organiques. L’enlèvement des végétaux coupés réduit efficacement l’apport annuel en éléments organiques.

Le curage est généralement la seule solution possible pour réhabiliter un plan d’eau envasé. De nombreuses techniques existent et le choix est déterminé en fonction des caractéristiques du bassin à curer : taille, situation, accès, possibilité d’assèchement... Dans les plans d’eau d’accès facile et à berges stabilisées, les engins classiques de travaux (pelles mécaniques à chenille et faible pression au sol, pelles araignées) permettent un curage depuis les berges ; cependant, le faible rayon d’action de ces engins limite leur utilisation aux petites surfaces. Ils sont malgré tout très efficaces lors du curage partiel des zones d’envasement localisées comme on les rencontre au débouché des collecteurs d’alimentation. Lorsque l’assèchement est possible, les engins mécaniques peuvent directement accéder depuis la berge. Dans le cas contraire, le curage est effectué par dragage ou hydrocurage par aspiration des vases désagrégées.

Le curage a une action traumatisante sur l’écosystème car les équilibres écologiques sont fortement perturbés. On peut ainsi assister à des développements d’algues très importants après cette opération. En théorie, il faudrait que le curage soit réalisé en plusieurs fois en ne curant chaque année qu’une partie du bassin. En pratique, le coût de ces curages prime souvent sur ces considérations écologiques...

Les mortalités de poissons

Bien plus spectaculaires que la disparition de la faune d’invertébrés, les mortalités piscicoles ont un impact important sur les populations riveraines et les usagers des plans d’eau. Leur origine est souvent à rechercher parmi les pollutions accidentelles pouvant affecter le plan d’eau. Cependant on assiste parfois à des mortalités massives de poissons en l’absence de pollution importante. En effet, les poissons sont principalement sensibles à un paramètre : l'oxygène dissous. La chute brutale de l’oxygène peut être entraînée par une pollution organique massive : l'oxygène dissous est alors consommé pour dégrader la matière organique. L’impact d’une pollution organique est d’autant plus fort que l’apport est important mais que la teneur initiale du plan d’eau en oxygène dissous est déjà faible (en été où l’eau est à température élevée et donc moins riche en oxygène dissous). Les pollutions organiques peuvent avoir de nombreuses origines, sou

vent liées aux activités humaines sur le bassin versant : by-pass des eaux usées domestiques ou industrielles dans les réseaux d’eaux pluviales, eaux pluviales chargées en éléments organiques, pourrissement massif de végétaux coupés...

En été, en l'absence de toute pollution organique importante, on peut également assister à des mortalités de poissons liées à l’activité algale et végétale qui, la nuit, consomme l'oxygène dissous pour sa respiration. Ainsi au petit matin, dans les eaux réchauffées, les teneurs en oxygène dissous peuvent être inférieures aux seuils de vie piscicole. Ceci est évidemment très lié à la qualité originelle du plan d’eau (vases importantes, faible hauteur d'eau...).

Les éléments toxiques, comme les métaux, présentent évidemment une toxicité aiguë immédiate en cas de pollution importante. Leur toxicité sur les poissons peut agir également à long terme par l’accumulation progressive de ces composés dans les organismes vivants et leur concentration tout au long de la chaîne alimentaire. Dans ce cas de bio-accumulation, on n’assiste pas à des mortalités massives des populations piscicoles mais à une disparition progressive des individus (sujets malades).

Lors du réempoissonnement de plans d’eau, on constate également parfois des cas de mortalité souvent dus à une mauvaise gestion piscicole : introduction d’individus adultes peu adaptés aux conditions particulières du plan d’eau ou mauvais état sanitaire du poisson.

Les solutions sont évidemment uniquement préventives. L’aération et l'oxygénation de l'eau restent les principales actions à engager en cas de chute des teneurs en oxygène dissous. L’injection d’air dans l’eau par des diffuseurs, le brassage de l’eau par des turbines flottantes, la pulvérisation de l'eau par des lances à incendie permettent de maintenir des teneurs en oxygène suffisantes pour la survie des poissons.

La dilution, lorsqu’une arrivée d’eau claire est possible (apport par un cours d’eau proche, plans d’eau en amont...), peut aussi limiter efficacement l’impact d'une pollution. Cascades, chutes d’eau, fontaines à jets d'eau vont également avoir un rôle à jouer dans le maintien des teneurs en oxygène dissous, en particulier en compensation des consommations nocturnes des végétaux et des algues. Ces installations allient à la fois l'intérêt technique pour l’oxygénation à l’attrait esthétique des jeux d'eau (figure 1).

Les hydrocarbures

En quantité réduite, les hydrocarbures forment en surface des plans d’eau des pellicules de couleurs brillantes. Lorsque la pollution est plus importante, ce sont de véritables nappes épaisses, visqueuses et très sombres. Leur origine est directement liée aux activités humaines sur le bassin versant. Le lessivage des routes et parkings par des eaux de pluie notamment est à l’origine des pollutions chroniques affectant les plans d’eau alimentés par des eaux pluviales. Le volume est très faible mais suffisant pour être visible à la surface de l'eau bien que la pellicule colorée ne représente que deux ou trois litres d’hydrocarbures à l’hectare. À ce type de pollutions routières s’ajoutent malheureusement les rejets individuels clandestins d’huiles de vidange et de solvants divers dans les grilles et les avaloirs d’eaux pluviales. Le manque d'informations adressées aux habitants concernant la séparation des eaux usées et des eaux pluviales et sur les conséquences des rejets sur l’environnement est parfois à mettre en cause. Les pollutions importantes sont souvent liées à des accidents : accidents routiers lors du transport des hydrocarbures, ruptures de cuves de stockage... Il faut également ajouter les cas de dépotages volontaires de sociétés récupérant ces produits, pratiques qui malheureusement peuvent causer des pollutions importantes.

Les conséquences sont limitées lorsque les apports sont faibles, et c'est surtout en terme de dégradation visuelle que la pollution est ressentie. Par contre, les apports importants vont avoir des conséquences plus lourdes sur le milieu aquatique. La flottabilité et la tendance à l’étalement des hydrocarbures conduisent à la formation d'une nappe ou d'un film à la surface de l’ensemble du plan d’eau qui empêche l’oxygénation et la pénétration des rayons lumineux dans l'eau ; supports, flore et faune sont englués dans la masse visqueuse et s’asphyxient. La dégradation de ces produits est très lente et on retrouve durant plusieurs années des résidus de pollution dans les sédiments.

Les solutions vont consister à piéger les hydrocarbures de façon préventive avant leur arrivée dans le plan d'eau. En cas de pollution des bassins, des hydrocarbures sont récupérés par pompage ou produits absorbants. Les ouvrages de prétraitement, décanteurs, déshuileurs, cloisons siphoïdes permettent de recueillir les hydrocarbures véhiculés par les eaux de ruissellement et les eaux de surface.

Réflexions sur la conception des plans d’eau

Nous avons voulu terminer cet article par quelques réflexions sur la conception des plans d’eau. Le gestionnaire est confronté tous les jours à des problèmes d’exploitation qui sont souvent liés à des défauts de conception. L’expérience du gestionnaire, l’approche de l’écologue devraient être utilisées dès le projet de réalisation d’un plan d’eau qui n’est pas un « simple trou » rempli d'eau mais un milieu vivant qu’il faut contrôler, surveiller et entretenir...

La qualité des eaux va dépendre essentiellement de celle des eaux d’alimentation : eaux pluviales, eaux de ruisseau ou rivière, elles sont toutes plus ou moins polluées ou chargées de matières en suspension. Des prétraitements simples vont permettre de protéger les bassins en abattant une part importante de la pollution. Décanteur à cloison siphoïde, débourbeur, déshuileur retiennent les principaux éléments en suspension qui décantent et piègent les hydrocarbures et les éléments flottants. Si le bassin versant est important, il est préférable de répartir judicieusement un certain nombre d’ouvrages directement sur les réseaux plutôt que de réaliser une seule installation de grande dimension, directement en amont du plan d'eau dont l'efficacité en débit de pointe serait nettement inférieure. Il va de soi, mais il est cependant important de le rappeler, que la préservation de la qualité des eaux pluviales nécessite la séparation stricte des eaux usées et des eaux pluviales.

L'accessibilité des plans d'eau n’est pas toujours prise en compte par les concepteurs : c'est pourtant un élément fondamental en termes de gestion et d’entretien. L’accès et la circulation des véhicules d’entretien, les possibilités de mise à l'eau d'un bateau (rampe de mise à l'eau ou berges en pente douce stabilisée), la possibilité de vidange facilitant les travaux de curage ou de nettoyage, sont souvent négligés. Les premières retenues d’eaux pluviales réalisées n’étaient souvent que de « simples trous » où seul l’aspect hydraulique était pris en compte ; leur écologie et la nécessité d’un entretien régulier étaient rarement évoquées.

En terme d’écologie, la diversité d'un milieu est signe de stabilité et d’équilibre. Pour permettre un maximum de diversité de la faune et de la flore, il faut proposer une variété d'habitats différents : zones profondes et zones peu profondes, zones ombrées et zones éclairées, berges abruptes et berges en pente douce, fonds sableux et fonds organiques. Ainsi, la profondeur moyenne des bassins doit être d’au moins 1,50 m, avec des zones plus profondes (2,50 à 3 m).

En conclusion, la conception d’un plan d’eau doit être le fruit d'une réflexion pluridisciplinaire. Aménageurs, urbanistes, hydrauliciens, paysagistes, écologistes et gestionnaires ont des expériences et des approches différentes. Ils ont aussi chacun leurs contraintes. Ainsi, seule une véritable concertation entre ces spécialistes peut permettre d’intégrer tous les paramètres écologiques, techniques et économiques de la réalisation et de l’entretien des plans d'eau.