Dans le cadre du programme de réalisations expérimentales à Haute Qualité Environnementale (REX.HQE) du Plan Construction et Architecture, l'OPAC de l'Ain a réalisé à Meillonnas (Ain) un immeuble de 12 logements avec récupération des eaux de pluie pour alimenter les chasses d'eau des WC et la bouche du local poubelles. Cette installation comporte un stockage de 15 m3 en sous-sol qui alimente un ballon au dessus de chaque cage d'escalier afin de desservir les WC par gravité. Les simulations effectuées sur les années 1991 à 1993 donnaient un taux moyen d'utilisation des eaux de pluie de 81,8 %.
En 1993, le Plan Construction et Architecture (PCA) lance un appel d'offre pour des projets de constructions de logements à haute qualité environnementale (HQE). L'OPAC de l'Ain est intéressé et propose un projet de construction d'un immeuble de 12 logements (8 T3 et 4 T4) et de cinq maisons individuelles T4 accolées. Parmi les cibles HQE retenues, l'OPAC de l'Ain propose la récupération des eaux de pluie.
Ce projet se situe sur la commune de Meillonnas (Ain) au lieu-dit « Pré de la Cour » sur un terrain au cœur du village en fond de place.
Les consommations prévisionnelles
Les données existantes sur les consommations des WC sont assez différentes suivant les sources (20 à 70 l/jour par personne).
Par la suite, nous avons considéré les hypothèses suivantes, en moyenne, pour chaque occupant (voir tableau I).
Compte tenu de la surface limitée des toitures (surtout pour l'immeuble collectif),
Tableau I : Hypothèse de consommation pour les WC
Semaine
| Lever vers 6-7 h / Vers 13 h : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
| Fin après-midi : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
| Coucher : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
Consommation journalière (l) : 40 (chasse ordinaire) / 24 (chasse économe)
Samedi ou dimanche
| Lever vers 8-10 h / Vers 12 h : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
| Milieu après-midi : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
| Fin après-midi : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
| Coucher : | Nombre de chasses 1 | Chasse ordinaire (10 l) 10 | Chasse économe (6 l) 6 |
Consommation journalière (l) : 50 (chasse ordinaire) / 30 (chasse économe)
Nous arrivons ainsi à une consommation moyenne par semaine et par habitant de :
- * avec chasse ordinaire (10 l) : 300 l par semaine et par habitant
- * avec chasse économe (6 l) : 180 l par semaine et par habitant
Nous avons opté pour la solution avec des chasses économes de capacité 6 litres. Pour obtenir la consommation globale prévisionnelle de l’immeuble et des maisons, nous avons considéré les taux d’occupation suivants :
- * Immeuble : pour les 12 logements, 36 occupants
- * Pavillons : par logement, 3 ou 4 occupants
Pour l’immeuble, nous envisageons également l’alimentation de la bouche installée dans le local poubelles avec une consommation de l’ordre de 400 l par semaine. La consommation prévisionnelle de l’immeuble est donc de 6 880 l par semaine. Pour les pavillons, on aura une consommation prévisionnelle de 540 à 720 l par semaine.
Dimensionnement du stockage
Pour le dimensionnement des installations de récupération d’eau de pluie, les hauteurs moyennes des précipitations par mois ou par décades sont une donnée importante, mais elles ne permettent pas d’apprécier la variabilité des périodes pluvieuses qui vont conditionner la taille du stockage.
Aussi, à partir des données journalières des hauteurs des précipitations sur les années 1991, 1992 et 1993 à Bourg-Sardières, nous avons simulé semaine par semaine l’évolution du stockage en fonction des eaux de pluie récupérées et des eaux consommées. Pour la récupération des eaux de pluie, nous avons considéré des pertes par évaporation (5 à 15 % suivant les saisons) et des pertes (environ 200 l par jour de pluie) liées à la non-récupération des premières eaux de pluie, généralement assez chargées en polluants surtout après de longues périodes sèches.
Les figures 2 et 3 ont été établies à partir d’une série de simulations avec des volumes de stockage différents. Elles montrent que, pour arriver à un fonctionnement en totale autonomie, il faudrait, certaines années, disposer de volumes de stockage très importants (de l’ordre de 120 m³ pour l’immeuble et de l’ordre de 8 m³ pour un pavillon occupé par 4 personnes). L’implantation de tels volumes de stockage dans les bâtiments est difficile à envisager et, pour arriver à de tels volumes, il faudrait passer par des stockages enterrés. La recherche de l’autonomie totale, de par les volumes qu’elle nécessite, est très coûteuse et paraît d’emblée inéconomique si l’on dispose d’autres ressources en eau en appoint (réseau d’eau potable, ruisseau, …). Sur ces figures, on constate qu’en prenant comme référence le nombre de jours successifs sans pluie, par exemple 27 jours en 1991, on aurait prévu un stockage de 27 m³, qui aurait effectivement permis de subvenir aux besoins de cette période sans pluie, mais qui n’aurait pas permis de répondre aux besoins d’autres périodes ayant plus de jours de pluie, mais avec des pluies trop faibles pour remplir le stockage.
Compte tenu de la configuration de l’immeuble et des locaux de stockage envisageables au sous-sol, nous limitons le stockage des eaux de pluie à 15 m³, ce qui, sur les trois années étudiées, donne un taux moyen d’utilisation de 81,8 %. Un appoint avec le réseau d’eau potable desservant l’immeuble est prévu.
Les courbes suivantes (figures 4, 5 et 6) montrent, pour l’année 1991, le bilan prévisionnel de la récupération et de l’utilisation [... texte page suivante ...]
Des eaux de pluie pour les chasses d’eau des WC de l'immeuble de 12 logements prévu à Meillonnas. La figure 4 donne pour chaque semaine le bilan de consommations d'eau de pluie et d’eau d’appoint. Les périodes d'insuffisance sont principalement vers février, mai, de mi-juillet à mi-septembre, puis mi-décembre. D’une année sur l'autre la période sèche de février se retrouve assez régulièrement. La figure 5 donne de semaine en semaine l’évolution du stockage et la figure 6 donne le bilan entre l'eau de pluie reçue sur l'immeuble et l'eau de pluie récupérée dans le stockage.
En 1991, il y a quelques semaines avec de très fortes précipitations qui ne peuvent pas être absorbées par le stockage et les quantités d'eau de pluie perdues sont relativement importantes. Ceci nous montre que le stockage de 15 m³ est trop faible pour absorber toutes les très fortes pluies.
Aspects techniques et économiques
La récupération des eaux de pluie sur les toitures des bâtiments peut se faire de trois manières. Les figures 7, 8 et 9 suivantes illustrent ces trois possibilités.
La récupération totale au-dessus du dernier étage (figure 7) afin d’alimenter tous les WC par gravité nécessite une surélévation de la toiture, ou alors la réalisation de logements en duplex (sans WC au dernier niveau). Elle a l'avantage de ne pas nécessiter d’énergie pour son fonctionnement et de permettre l'appoint d’eau potable sans contact entre les deux réseaux.
La solution représentée sur la figure 8 est réalisable dans tous les cas. Elle nécessite l'utilisation d’une pompe prévue pour un débit de pointe, ou d’un surpresseur avec réserve tampon. Elle entraîne une consommation d’électricité et un investissement pour la pompe ou le surpresseur, mais elle n'entraîne pas de surcoût au niveau de la structure du bâtiment. L’appoint d’eau potable peut se faire comme précédemment directement dans le stockage sans contact entre les deux réseaux, mais il faut ensuite pomper l’eau, ou alors connecter directement les deux réseaux par l'intermédiaire d'un disconnecteur ou d'une vanne trois voies adaptée. Cette solution ne nécessite pas de consommation d’électricité pour l'appoint d’eau potable, mais elle nécessite d’utiliser un matériel autorisé par les services sanitaires.
‘Semaines de l'année
‘Semaines de l'année
Figure 4 : Bilan d'utilisation des eaux de pluie en 1991 : immeuble 12 logements avec stockage 15 m³
La figure 9 représente une solution qui marie les deux précédentes. Un captage facile au bas de l’immeuble et une distribution par gravité, grâce à la présence d’un stockage tampon dans les combles de l’immeuble (ou plutôt en partie haute de la cage d’escalier pour éviter les risques de gel). Une petite pompe est nécessaire pour recharger ce stockage tampon avec le stockage du bas de l’immeuble, mais cette pompe peut avoir un très petit débit et fonctionner longtemps. Suivant la taille des stockages, il est même possible d’envisager une pompe alimentée au fil du soleil par des modules solaires photovoltaïques (à condition de dimensionner le stockage tampon en conséquence). L’appoint d'eau potable se fait sur le ballon tampon sans contact entre les deux réseaux et sans nécessiter une consommation électrique supplémentaire.
Pour l'immeuble, nous nous sommes orientés vers la solution de la figure 9.
Pour les maisons individuelles accolées, nous avons choisi l’individualisation totale (une cuve et une pompe par maison) bien
Figure 5 : État du remplissage et du stockage sur 1991 : immeuble 12 logements avec stockage 15 m³
que le regroupement des cinq maisons était possible, compte tenu de la continuité de la toiture.
La solution retenue était celle de la figure 8 avec une cuve de stockage installée dans chaque cave. Cependant, pour des raisons économiques (investissement de 15 440 F TTC / logement contre 11 658 F TTC / logement pour l'immeuble), la récupération des eaux de pluie a été abandonnée pour les maisons individuelles.
Installation réalisée
Les eaux de toiture sont collectées par trois descentes, deux en façade nord et une en façade sud.
Un regard-filtre constitué par des grillages à maille 5 x 5 puis 2 x 2 est placé côté sud à l’aplomb de la descente de la toiture sud, les descentes nord traversant l’immeuble au niveau de chaque cage d’escalier pour rejoindre ce regard-filtre.
De celui-ci, une tuyauterie conduit les eaux récupérées vers le stockage de 15 m³ placé au sous-sol de l'immeuble. Ce stockage est constitué par 15 réservoirs de marque Rotex, type Variocistern de 1000 l, de section 78 x 78 cm sur 190 cm de haut :
- • 2 réservoirs type A avec en partie haute : un orifice de remplissage avec tube plongeur et un orifice de trop-plein, de diamètres 100 mm minimum, et en partie basse : 3 orifices de diamètre 50 mm permettant le raccordement à d’autres réservoirs ;
- • 13 réservoirs type B identiques aux précédents, mais sans les orifices en partie haute.
Ces réservoirs sont reliés entre eux, en partie basse, par un ou deux tubes flexibles de raccordement.
Le dernier réservoir de type B est équipé d'un indicateur de niveau de marque Rotex, type Ideal-S et d'un interrupteur à flotteur pour protéger les pompes contre un fonctionnement à sec.
Au-dessus de chaque cage d’escalier, il est installé un ballon tampon qui est alimenté depuis le stockage du sous-sol, par une tuyauterie équipée d'un filtre (100 microns), d'une pompe de débit 0,4 l/s, des vannes d'arrêt et accessoires nécessaires.
Le stockage tampon, au-dessus de chaque cage d’escalier, est constitué par un ballon en polyéthylène haute densité, stabilisé aux U.V., de capacité minimale 600 l. Ce stockage est enfermé dans un local dépourvu de
Figure 6 : Bilan des eaux de pluie sur 1991 : immeuble 12 logements avec stockage 15 m³
Fenêtres pour éviter que la lumière provoque la formation d'algues et de substances biologiques. Ce ballon a une hauteur maximale de 80 cm, afin de conserver une hauteur acceptable pour l'alimentation des chasses d'eau des WC du dernier niveau (au moins 2,8 m). Il est équipé d'un orifice d'alimentation en partie haute raccordé à la tuyauterie d'alimentation venant du stockage du sous-sol.
À la partie basse, il est équipé d'un ou plusieurs départs raccordés aux tuyauteries alimentant les divers équipements prévus (robinets des chasses d'eau et robinets de puisage). Un trop-plein est prévu en partie haute. Il sera raccordé à une tuyauterie de descente en PVC raccordée aux évacuations d'eaux usées, au sous-sol de l'immeuble (local entretien). Le diamètre de la tuyauterie de trop-plein est double de celui de la tuyauterie d'alimentation. Un entonnoir créant une séparation de tuyauterie est également installé sur ce trop-plein.
En partie haute également, le ballon dispose d'un orifice équipé d'un entonnoir de taille suffisante, pour permettre l'appoint d'eau du réseau d'eau de ville, lorsque l'eau de pluie vient à manquer. Chaque ballon tampon est équipé d'un régulateur de niveau permettant la détection d'un niveau haut, d'un niveau moyen et d'un niveau bas.
Le niveau haut commande l'arrêt de la pompe d'alimentation, alors que le niveau moyen commande sa mise en route. Ce niveau moyen commande également la fermeture de l'électrovanne pour l'appoint en eau de ville, alors que le niveau bas commande son ouverture.
À partir du ballon tampon, l'eau de pluie est distribuée par gravité vers les réservoirs de chasse de tous les WC et vers la bouche incongelable du local poubelle. Les tuyauteries alimentant les WC proches des ballons tampons ou les postes éloignés (local poubelle) sont largement surdimensionnées pour limiter au maximum les pertes de charge.
Les réservoirs de chasse sont équipés de robinets flotteurs de remplissage (sans contrepression) silencieux, de marque Stoc, type Silenstoc, assurant un remplissage en 3 minutes sous une pression de 0,27 bar (essai du constructeur). Le vidage s'effectue par un mécanisme double chasse, économiseur d'eau, à deux boutons poussoirs, de marque Stoc, type Cloc Toc 2 vidages, à deux volumes de chasse (6 l et 3 l) réglables et débit 2,5 l/s. Toutes les tuyauteries de distribution de l'eau de pluie sont clairement identifiées par :
- • une peinture conventionnelle ;
- • des étiquettes précisant « eau non potable », fixées solidement sur les tuyauteries.
Cette signalisation est reprise sur tous les réservoirs de chasse des WC et dans la bouche incongelable qui est également équipée d'une fermeture à clé.
Les aspects réglementaires
En France, les textes actuels (règlement sanitaire départemental) n'interdisent pas explicitement la distribution d'une eau autre que celle de la distribution publique pour les WC et ne précisent pas si cette eau doit nécessairement être potable.
Malgré ce vide dans les textes réglementaires, le Plan Construction et Architecture a pris contact avec la Direction Générale de la Santé qui a décidé de s'associer à ces opérations via les Directions Départementales de l'Action Sanitaire et Sociale (DDASS).
Un rapport technique a été transmis à la DDASS de l'Ain et a permis, après établissement d'un protocole avec l'OPAC de l'Ain, d'autoriser cette installation à titre expérimental.
Cependant, le Service des Recherches et d'Ingénierie en Protection Sanitaire de la Mairie de Paris, intervenant à titre d'expert pour le Ministère de la Santé, s'il accepte cette installation, formule un avis défavorable à l'utilisation d'eau non potable dans l'habitat collectif et en tout lieu recevant du public, compte tenu des risques sanitaires présentés par l'existence de doubles réseaux.
Des réformes réglementaires sont actuellement en cours avec le risque de classer les WC comme équipement sanitaire et d'en interdire l'alimentation par de l'eau de pluie récupérée.
Le premier bilan
L'installation est en service depuis le mois de février 1997.
Un suivi complet, quantitatif et qualitatif doit commencer prochainement pour une durée d'un an. Pour le moment, le fonctionnement de l'installation a été perturbé par un problème d'affaissement au niveau de la tuyauterie alimentant le stockage en sous-sol.
Tableau II : Les relevés au niveau des consommations
Relevés du 13/06/1997
• cage escalier Ouest : Eaux de pluie 36,04 – Eau appoint 25,06 – Total 61,1
• cage escalier Est : Eaux de pluie 18,64
Total : Eaux de pluie 54,68
Relevés du 17/10/1997
• cage escalier Ouest : Eaux de pluie 68 – Eau appoint 36 – Total 104
• cage escalier Est : Eaux de pluie 45 – Eau appoint 231 – Total 276
Total : Eaux de pluie 113 – Eau appoint 267 – Total 380
depuis le regard-filtre. Des réparations récentes ont permis une reprise de cette tuyauterie avec une fixation au mur de l’immeuble pour s’affranchir des problèmes de tassements du terrain remblayé lors de la construction.
Par ailleurs, un problème de colmatage du filtre-regard a été constaté en fin d’année 1997, l’exploitant ayant oublié de procéder à son nettoyage qui aurait dû être trimestriel.
Au niveau des consommations, les relevés suivants ont été effectués (voir tableau II). Ces relevés font apparaître une très grande différence entre les deux cages d’escalier. Cependant, la forte consommation d’eau de ville pour la cage d’escalier côté Est résulte pour bonne part d’un problème de fuite d’une chasse d’eau dont la réparation n’a pas été immédiate.
Depuis février 1997 jusqu’au 10 octobre 1997, la consommation d’eau pour les chasses des WC et la bouche du local poubelles ressort à :
• cage escalier Ouest : environ 2 810 l/semaine (prévu 3 640 l/semaine) ;
• cage escalier Est : environ 7 460 l/semaine (prévu 3 240 l/semaine) ;
• total immeuble : environ 10 270 l/semaine (prévu 6 880 l/semaine).
Le problème de la fuite d’une chasse d’eau sur la cage côté Est rend difficilement exploitable ces résultats.
La part d’eau de pluie est également inférieure à la moyenne prévue (81,8 %) avec :
• cage escalier Ouest : environ 65,4 % ;
• cage escalier Est : environ 16,3 % ;
• immeuble entier : environ 29,7 %.
Le rapprochement avec la pluviométrie de la période n’a pas été effectué et il n’est pas possible de conclure pour le moment à une surestimation des calculs prévisionnels.
