Nouvelles solutions pour l'évacuation des eaux de ruissellement urbaines

L’urbanisation croissante et sa conséquence directe sur l'imperméabilisation des sols posent le problème de la prise en compte de l'évacuation des débits de pointe des eaux de ruissellement urbaines et de leurs effets sur l'environnement.

Pour l’évacuation des flots d’orage, des solutions faisant appel à des techniques traditionnelles peuvent souvent être envisagées, mais les investissements nécessaires, notamment les renforcements de réseaux, sont parfois trop importants, et elles montrent leurs limites tant sur le plan économique que sur le plan technique...

Enfin une préoccupation nouvelle et vitale s’impose aujourd'hui : préserver le milieu naturel. Les eaux de pluie, en ruisselant ou en “curant” les ouvrages enterrés se chargent fortement en métaux lourds, hydrocarbures et diverses matières en suspension. Ces flux de pollution (encore accentués par les surverses aux déversoirs en système unitaire) sont souvent plus concentrés que ceux des eaux usées (traitées quant à elles dans les stations d’épuration), et atteignent des seuils inacceptables pour le milieu naturel récepteur.

C’est pour répondre à ce double problème, aux aspects quantitatif et qualitatif, qu’est née l’idée de compenser l'impact de l’urbanisation sur le milieu naturel par la mise en œuvre de techniques alternatives globales. Le choix d'un schéma amélioré d’assainissement prenant en compte la gestion complète des eaux pluviales se substitue alors au schéma habituel, mal adapté aux pointes de flux hydraulique et de pollution (figure 1).

Ces techniques alternatives globales permettent non seulement de stocker temporairement les eaux de pluie à leur source mais aussi d’en abattre la pollution, puis d’évacuer les eaux “épurées” de façon régulée vers le milieu récepteur, qui peut être un ouvrage d’assainissement, une rivière... Elles deviennent techniques compensatoires globales en permettant l’infiltration des eaux de pluie et en préservant ainsi l’équilibre hydrologique du sol, malgré son imperméabilisation.

Parmi les techniques aujourd'hui disponibles, nous avons récemment mis au point un système innovant associant une nouvelle génération d’appareils de prétraitement des eaux de ruissellement : les séparateurs lamellaires verticaux, à des bassins de rétention constitués de blocs plastiques alvéolaires en Nidaplast.

Le Nidaplast

Le Nidaplast, en polypropylène, se présente sous forme de blocs de 2 m × 1 m × 0,48 m ou sous-multiples, réalisés en nids d’abeille, revêtus sur les faces inférieure et supérieure d’un géotextile en polyester très poreux (figure 2). Il peut stocker 95 % de son volume et sa grande résistance mécanique à la compression (> 40 t/m²) permet de l'utiliser sous parking ou sous voirie. De plus, il est insensible à la quasi-totalité des agents chimiques, aux hydrocarbures, aux micro-organismes et moisissures, aux attaques des rongeurs...

Son procédé original de fabrication par extrusion permet l'utilisation de la plupart des composants d'origine plastique (polypropylène, polyéthylène...), et lui confère une rigidité remarquable alliée à une grande résistance et une légèreté inégalée.

Depuis son lancement, son utilisation a progressé et s’est diversifiée dans les domaines les plus divers et les applications les plus sévères : panneaux sandwich, allégement, renforcement de sols, assainissement pluvial ou traitement des fluides par décantation lamellaire...

Un avantage, apprécié lors de sa mise en œuvre est son faible poids (40

kg/m³) qui rend son emploi très aisé et très rapide (figure 3).

Conception, mise en œuvre et exploitation de bassins de rétention alvéolaires

Le Nidaplast fabriqué en plusieurs épaisseurs permet par ses alvéoles une circulation verticale de l'eau et s'adapte à toutes les configurations, en particulier en plan et en profil.

Conception

En fonction du problème posé, deux techniques peuvent être utilisées pour réaliser des bassins d’eaux pluviales :

• - construction de bassins-tampons de stockage, régulateurs de débit, par mise en œuvre de blocs alvéolaires en plusieurs couches, l'évacuation des eaux étant généralement assurée par un branchement au réseau pluvial classique. L'exemple du chantier d’Orly décrit plus loin est tout à fait révélateur des avantages obtenus dans ce créneau ;
• - utilisation des blocs alvéolaires en grandes surfaces : les eaux pluviales ainsi recueillies sont alors évacuées par infiltration dans le sous-sol si sa perméabilité est suffisante. Ce type d’ouvrage est généralement mis en place lorsqu'il n'existe pas d'exutoire possible. De nombreux chantiers ont été réalisés suivant ce principe, en particulier dans la région bordelaise, comme l’illustreront les exemples présentés ci-après.

Une variante très utilisée, par rapport aux deux solutions précédentes, consiste à incorporer les blocs alvéolaires au sein de la structure d'une chaussée poreuse, soit en faible épaisseur (en tant que réservoir) soit en forte épaisseur dans le cas où elle sert également au stockage d’eaux périphériques.

L'alimentation des bassins s’effectue :

• - soit à la partie inférieure, par une couche de matériaux concassés (par exemple 20/40) à forte porosité, dans laquelle sont noyés des drains qui assurent la diffusion de l'eau (lors du remplissage) ou sa collecte (lors de la vidange),
• - soit à la partie supérieure, par le biais d’une structure poreuse (massif drainant ou chaussée poreuse par exemple) dans le cas des bassins de grande surface,
• - soit par les deux.

Schématiquement, les bassins Nidaplast sont conçus en plusieurs couches fonctionnelles superposées :

• - la zone d’infiltration (alimentation gravitaire par une structure poreuse),
• - la couche de ventilation, généralement constituée de gravillons, assurant le passage de l'air lors du remplissage ou de la vidange,
• - le volume de stockage, constitué de blocs alvéolaires. Le calcul du volume des bassins de rétention est mené suivant les directives de la circulaire interministérielle du 22 juin 1977 ; les bassins alimentés par infiltration sont calculés par itération sur le couple volume/hauteur de la structure des blocs ;
• - la couche de diffusion, constituée généralement en matériaux 20/40, comportant un réseau de drains assurant la répartition des eaux et leur vidange.

Les ouvrages annexés au bassin-tampon proprement dit doivent être réalisés avec soin. L'ouvrage amont, du type regard (figure 5), reçoit directement les eaux provenant du Séparateur Lamellaire Vertical. L'ouvrage aval (figure 5) sert au contrôle du bon fonctionnement et à l’entretien.

Mise en œuvre

La mise en œuvre, qui ne pose aucun problème particulier, s’effectue généralement comme suit :

• - après terrassement, pose d'une nappe de géotextile anticontaminant (ou film étanche) remontant sur les flancs de la fouille ;
• - mise en œuvre de la couche de diffusion : celle-ci sera dressée avec soin de façon à respecter la pente des drains, sa surface supérieure étant horizontale ;
• - pose manuelle des blocs, à joints croisés dans les différents plans, les alvéoles étant placées verticalement ;
• - mise en place sur la structure d’une deuxième nappe de géotextile ;
• - répandage et compactage du remblai, en commençant par les zones latérales ;
• - réalisation de la structure susjacente : couche de ventilation, structures de chaussée...

Maintenance des ouvrages

Sur le plan mécanique, la durabilité du système est garantie en raison du niveau de résistance du Nidaplast et de la connaissance acquise de son comportement.

Sur le plan hydraulique, on peut affirmer que si les travaux sont bien exécutés, le colmatage du système n’est pas à craindre.

Les expérimentations réalisées par la

Communauté Urbaine de Bordeaux et le suivi d’ouvrages réalisés ont permis les constatations suivantes :

• dans le cas de bassins alimentés en surface, les premières couches de matériaux poreux, qui retiennent les éléments colmatants et donc la quasi-totalité de la pollution, doivent être conçues pour satisfaire aux conditions de fonctionnement et d’exploitation ; dans le cas de parkings à chaussée poreuse par exemple, le colmatage n’affecte qu’une épaisseur de 2 cm et il est aisé d’y pallier par entretien préventif (aspiration) ou curatif (lavage à haute pression avec aspiration simultanée).

• dans le cas de bassins alimentés par la partie inférieure, le fonctionnement à contre-flux vertical assure l’auto-nettoyage lors de la vidange, en chassant les particules qui se seraient fixées pendant le remplissage.

Les séparateurs lamellaires verticaux

Typologie de la pollution générée par les eaux de ruissellement

On sait aujourd’hui que la quasi-totalité de la pollution véhiculée par les eaux pluviales est du type particulaire, fixée sur les matières en suspension (MES). Entre autres, une série d’essais réalisés par le CSTB a démontré qu’en retenant 90 % des matières en suspension générées par un ruissellement pluvial, on retenait aussi les trois-quarts des métaux lourds toxiques pour le milieu naturel (Pb, Zn...). Ainsi, en séparant les MES et en les décantant, on abat une partie importante de la pollution, et il devient alors possible de la récupérer.

Dans le cas d’ouvrages compensatoires alimentés en surface par infiltration à travers des couches poreuses, ce sont les premières couches de matériaux poreux qui retiennent les MES et donc la pollution ; celle-ci est alors récupérée par les moyens d’exploitation précédemment cités.

Équipement des bassins de rétention alimentés à leur partie inférieure

Dans ce type de bassin, traditionnellement équipé à l’amont d’un simple dispositif de dégrillage-dessablage, une partie importante de la pollution s’échappe, entraînée par les eaux de fuite. Lorsque des objectifs de qualité des rejets sont visés, il s’avère nécessaire de compléter le système de rétention par un sépa-

Séparateur efficace à haut pouvoir de coupure.

Le séparateur lamellaire vertical à corps de fibres-ciment, nouvelle génération très prometteuse mise au point par les sociétés Itéra et Eternit, constitue une solution tout à fait adaptée à ce problème, garantissant le fonctionnement hydraulique du bassin tout en retenant l’essentiel de la pollution (figure 4).

On peut désormais envisager la fourniture de véritables ensembles solutionnant à la fois les problèmes quantitatif et qualitatif et permettant de gérer les eaux pluviales à leur source (figures 5 et 6).

Pour équiper les petites unités, on peut utiliser le séparateur de type BA à assiettes (figures 4 et 7), constitué de cônes parallèles à axe vertical. L’eau à traiter est répartie sur l’ensemble des cônes et circule horizontalement. Les matières décantables sont collectées au centre des cônes et stockées dans le fond du séparateur, les hydrocarbures étant retenus dans le cône supérieur. Dans les unités plus importantes, on opte pour un modèle de type BB à cellule active en nid d’abeilles (figures 4 et 8).

L’exploitation de ces appareils consiste à vider le panier dégrilleur et à vidanger l’appareil de ses boues et hydrocarbures, chaque installation étant conçue pour stocker environ un an de MES.

Ces types de séparateurs peuvent fonctionner avec des débits supérieurs à leur débit de traitement sans réentrainement des particules décantées.

Choix de l’appareil de prétraitement

Le choix de l’appareil doit se faire en fonction :

• du débit à traiter, généralement pris égal au débit de pointe de ruissellement annuel ou décennal ;
• de l’efficacité ou du niveau de traitement visé qui doit être choisi en fonction des caractéristiques spécifiques de la pollution à éliminer liées au site de ruissellement (parking, rue, aire de lavage, dépôt de carburant…), et de la sensibilité du milieu récepteur (égout, rivière, plage…).

L’efficacité du séparateur est caractérisée par la charge superficielle CS (l/s/m²) égale au rapport du débit à traiter sur la surface lamellaire active de l’appareil.

Exemples de réalisations

Ouvrage de rétention-prétraitement d’Orly

Maître d’Ouvrage : OPAC du Val-de-Marne – Maître d’Œuvre : Services Techniques de la Mairie d’Orly.

L’aménagement de la ZAC des Saules nécessitant la construction d’un bassin de rétention, se devait de ne pas générer de flux de pollution supplémentaire.

Après une analyse des coûts, des contraintes du site, de la rapidité d’exécution, de la simplicité de mise en œuvre et d’exploitation, il a été décidé de retenir comme solution le système global Nidaplast.

La surface imperméabilisée engendrant un débit décennal d’environ 500 l/s, dépassant largement les 50 l/s représentant le rejet autorisé dans le réseau existant, un volume de 400 m³ de Nidaplast a été mis en œuvre en 4 couches sous 1 m de remblai avec dispositif de diffusion et de ventilation adapté. Le prétraitement des eaux est assuré par un séparateur lamellaire vertical de 2,50 m de diamètre et de 5 m de hauteur (figure 9).

Communauté Urbaine de Bordeaux

Systèmes compensatoires globaux

Voilà près de dix ans que la Communauté Urbaine de Bordeaux, confrontée au problème de capacité de ses réseaux d’assainissement, a incité puis contraint les aménageurs à limiter, voire supprimer leurs apports d’eaux pluviales au réseau. C’est au niveau des techniques compensatoires, avec infiltration dans le sol, que le Nidaplast a apporté les solutions les plus originales ; parmi les nombreuses réalisations correspondantes on peut citer :

• les parkings ou voies de circulation en Nidaplast et enrobés poreux. Plusieurs réalisations de ce type ont été menées (figure 10), dont une chaussée expérimentale sous circulation routière lourde. Ces ouvrages se révèlent fiables et d’exploitation aisée.
• les fossés couverts sous trottoirs. Afin de ne pas créer de superposition avec les autres réseaux, une structure-réservoir en éléments de 2 × 1 × 0,48 m a été incorporée dans l’emprise de l’un des trottoirs (figure 11). Le bassin reçoit les eaux de ruissellement de la chaussée et des trottoirs. La structure alvéolaire, garantissant le transport vertical des eaux, est posée le long d’une chaussée en pente.

Conclusion

Que ce soit pour des raisons techniques, économiques ou écologiques, les techniques alternatives globales décrites ci-dessus s’imposeront de plus en plus dans les zones urbanisées.

Par son caractère innovant, ses qualités propres et son efficacité, le système Nidaplast associant les éléments composites structuraux alvéolaires à de nouveaux matériels de prétraitement à haute efficacité apporte une réponse moderne et bien adaptée aux contraintes de l’évacuation des eaux pluviales et aux objectifs de qualité qu’on est en droit d’exiger aujourd’hui de ce type d’infrastructure.