La gestion des eaux pluviales dans les aménagements nécessite souvent des ouvrages de stockage pour l'infiltration dans le sol ou la restitution à débit maîtrisé vers le milieu naturel ou les réseaux existants. Les structures alvéolaires ultralégères (SAUL) sont des matériaux thermoplastiques de 95 % de vide utilisés depuis une vingtaine d'années en assainissement pluvial. Ils constituent une solution technique adaptée au coût et à la rareté du foncier en milieu urbain. Depuis plusieurs années, l'offre de produits s'est largement diversifiée. Afin de répondre aux besoins des différents acteurs, un nouveau guide technique est en préparation : il apportera des éléments pour l'aide à la décision, la conception, la réalisation et l'entretien des ouvrages de stockage en SAUL.
Stockage des eaux pluviales
Un référentiel pour l’emploi des structures alvéolaires ultra-légères (SAUL) en préparation
Nathalie Le Nouveau & Hubert Perrier, CETE de l'Est - LRPC de Nancy Eric Valla, CERTU
La gestion des eaux pluviales dans les aménagements nécessite souvent des ouvrages de stockage pour l’infiltration dans le sol ou la restitution à débit maîtrisé vers le milieu naturel ou les réseaux existants. Les structures alvéolaires ultra-légères (SAUL) sont des matériaux thermoplastiques de 95 % de vide utilisés depuis une vingtaine d’années en assainissement pluvial. Ils constituent une solution technique adaptée au coût et à la rareté du foncier en milieu urbain. Depuis plusieurs années, l’offre de produits s’est largement diversifiée. Afin de répondre aux besoins des différents acteurs, un nouveau guide technique est en préparation : il apportera des éléments pour l’aide à la décision, la conception, la réalisation et l’entretien des ouvrages de stockage en SAUL.
La conception traditionnelle de l’assainissement par réseau enterré, abondamment utilisée durant les dernières décennies, a largement montré ses limites. Aggravation des risques d’inondation en milieu urbain, dégradation de la ressource en eau et accroissement des dépenses incombant aux collectivités, cette conception ne permet plus de faire face aux enjeux actuels du développement urbain.
Pourquoi une gestion durable des eaux pluviales
Pour y remédier, le cadre législatif institué depuis une quinzaine d’années vise une gestion équilibrée de la ressource. La directive eaux résiduaires urbaines de 1991, la loi sur l’eau de janvier 1992, la directive cadre sur l’eau d’octobre 2000 et plus récemment la loi sur l’eau et les milieux aquatiques de décembre 2006 en constituent les textes principaux. Le dispositif mis en place pour une meilleure gestion de l'eau dans les aménagements s’appuie ainsi sur un ensemble d’outils relevant de la planification (SDAGE et SAGE, zonages d’assainissement), de la réglementation (régime de déclaration et d’autorisation au titre du Code de l’environnement, règlement d’assainissement des collectivités) et de l’incitation financière (taxe « eaux pluviales », crédit d’impôt pour des ouvrages de réutilisation des eaux de pluie). Les grands principes de la conception de l’assainissement pluvial ont été totalement refondés pour mieux répondre aux objectifs visés, adaptés au contexte de chaque projet : préserver la qualité et les usages de la ressource en eau, prévenir les risques d’inondation et assurer la commodité et la qualité de vie en ville. Cela repose sur un système de gestion des eaux pluviales, intégré dans l’aménagement, qui fonctionne de manière modulaire selon les conditions pluviométriques [Certu, MEDD, 2003]. La démarche
MOTS CLÉS
Eaux pluviales, stockage, matériaux, structures alvéolaires ultra-légères
propose ainsi de considérer quatre niveaux de service, ce qui est bien différent de l'approche traditionnelle consistant le plus souvent à dimensionner les ouvrages pour une fréquence de retour donnée (la pluie décennale par exemple), sans autre précision ni réelle prise en compte de ce qui se passera au-delà de l'événement hydrologique retenu pour le calcul. Au contraire, l'approche par niveaux de service envisage deux états distincts : le fonctionnement en système mineur et le fonctionnement en système majeur. Le système majeur est constitué de toutes les parties de l'espace public ou privé qui contribuent au stockage des eaux ou à la canalisation des écoulements, en dehors des ouvrages d'assainissement qui constituent le système mineur. Outre l'aspect dimensionnement, cette approche est également très intéressante pour la gestion du système. Elle permet par exemple de définir différentes stratégies de gestion adaptées aux priorités propres à chaque niveau de service.
Les seuils entre les niveaux de service, que l'on peut exprimer en période de retour, sont à déterminer localement par le maître d'ouvrage du système d’assainissement, en concertation avec les acteurs et en prenant en compte les possibilités techniques et financières. La norme EN 752, actuellement en cours de révision, propose des valeurs guides pour les fréquences d'inondation en fonction du contexte de l’opération (zone rurale, zones résidentielles, centres villes, zones industrielles ou commerciales).
Des solutions techniques pour maîtriser le ruissellement
La gestion intégrée des eaux pluviales fait ainsi de plus en plus appel, dans les nouveaux aménagements, à la mise en œuvre de solutions alternatives aux réseaux d’assainissement traditionnels, qui permettent de rechercher un équilibre local de la gestion de l'eau et de limiter le ruissellement. Les ouvrages réalisés, couramment appelés techniques alternatives, permettent de retenir temporairement les eaux pluviales avant de les restituer au milieu récepteur, par infiltration dès que cela est possible, ou par l'intermédiaire d'un réseau enterré ou superficiel.
Les principales familles d’ouvrages sont les bassins de retenue, les fossés et les noues, les tranchées et puits d’infiltration, les chaussées à structure réservoir (CSR) et les toitures-stockantes. Leur réalisation est désormais encadrée par le titre II du fascicule 70 du CCTG – Ouvrages de recueil, stockage et restitution des eaux pluviales (Bulletin officiel, 2003). Il constitue un guide pour aider maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre à élaborer leurs marchés de travaux.
1 Le titre I du fascicule 70 du CCTG ne concerne pas les toitures de stockage ; elles font l'objet de règles professionnelles.
Pour la réalisation d’un ouvrage de stockage enterré des eaux pluviales, différents matériaux peuvent être mis en œuvre (figure 3), hors ouvrages en génie civil et canalisations surdimensionnées. Parmi les différents matériaux disponibles, les structures alvéolaires ultralégères (SAUL) sont des matériaux thermoplastiques qui offrent un taux de vides de 95 %.
Les structures alvéolaires ultralégères ont d’abord été développées en France dans les années 1980 pour des applications routières.
Leur résistance mécanique autorise une réalisation sous infrastructures. Les SAUL sont ainsi des matériaux de stockage adaptés aux contraintes foncières en milieu urbain dense (rareté et coût de l'espace) [Faram M.G. & al., 2004].
[Photo : Allégement d'un remblai sur sol compressible [LCPC, 1992].]Ces premières applications ont fait l'objet d'un guide technique, « Utilisation de structures alvéolaires ultralégères en remblai routier » [LCPC, 1992]. Cet ouvrage précise les domaines et conditions d'emploi des deux matériaux alors disponibles sur le marché, qui offrent une structure en nid d’abeilles.
Des expérimentations portant sur le comportement de ces matériaux en zone de marnage (remblai en zone submersible ou sous nappe phréatique) ont montré qu'ils laissaient bien circuler l'eau, sans générer de surpression ni de soulèvement du remblai. De ce constat est née l'idée d’employer également ces matériaux pour le stockage des eaux pluviales. Un premier guide technique avait été consacré à la mise en œuvre des SAUL en assainissement pluvial en 1998 [LCPC & al., 1998]. À ce jour, plusieurs centaines de milliers de m³ ont été mis en œuvre. L’évolution des exigences de gestion des eaux pluviales et des produits disponibles suscite aujourd’hui de nouvelles attentes des différents acteurs du domaine.
Intérêts et domaines d’emploi des SAUL en assainissement pluvial
Les SAUL présentent plusieurs intérêts pour la réalisation d’ouvrages de stockage des eaux pluviales. Leur taux de vides de 95 % limite le volume et la durée de terrassement. Elles se présentent sous forme de blocs, manuportables du fait de leur faible poids volumique. Leur mise en œuvre est ainsi rapide, de l’ordre de 10 m³ par heure et par opérateur. Leur conception modulaire permet de s’adapter aux contraintes topographiques et géotechniques et à l’encombrement du sous-sol.
Le coût des ouvrages en SAUL est de l’ordre de 200 à 500 €/m³ HT selon les contraintes de site, mise en œuvre incluse. Elles sont utilisées pour la réalisation de différentes familles d’ouvrages de stockage des eaux pluviales, qu'il s’agisse de nouveaux ouvrages ou de la réhabilitation d’ouvrages anciens : bassins de rétention enterrés, tranchées, chaussées structure réservoir et puits d'infiltration. Selon la conception du projet, le recueil des eaux pluviales est réalisé par infiltration au travers d’une surface perméable les surmontant ou de manière traditionnelle (elles sont ensuite introduites par un ou plusieurs ouvrages d'injection dans les SAUL). La restitution des eaux pluviales peut être réalisée par infiltration dans le sol support ou par évacuation à débit régulé vers un exutoire. La taille des ouvrages déjà réalisés en SAUL, à la parcelle ou dans des espaces publics, varie de quelques m³ à plusieurs milliers de m³.
Les matériaux poreux de stockage, tels que les SAUL, n’ont pas vocation à participer à la dépollution des eaux pluviales, seulement à assurer leur stockage temporaire pour la maîtrise du ruissellement. Si le contexte du projet justifie des performances de dépollution pour les pluies faibles, c’est la conception globale du système de gestion des eaux pluviales qui doit intégrer cette exigence (filtration et/ou décantation par des dispositifs spécifiques).
Offre de SAUL et premiers retours d’expériences
Si les produits de type structures alvéolaires sont apparus dès les années 1980 en France, l'offre de SAUL s'est récemment diversifiée. En 2007, plus d'une quinzaine de produits sont distribués. Les producteurs sont implantés en France, en Allemagne, en Grande-Bretagne et aux Pays-Bas. Plusieurs d’entre eux proposent différents produits, par leur conception et leur résistance mécanique. Diverses désignations sont utilisées : nid d’abeille, SAUL, module pour la rétention et l’épandage, système modulaire de stockage et d'infiltration, système d'infiltration, système casier ou alvéolaire, cellule de récupération, chambre haute capacité, etc. Selon leurs caractéristiques, ils sont adaptés pour un emploi sous espace vert, sous aire de stationnement et/ou sous surface circulée.
Les polymères utilisés sont le polypropylène (PP), le polyéthylène haute densité (PEHD) ou le polychlorure de vinyle (PVC). Quelques produits contiennent de la résine recyclée. Les éléments sont obtenus principalement par injection, par extrusion ou par collage de feuilles thermoformées.
Les caractéristiques dimensionnelles des SAUL sont assez variables. Les poids unitaires varient d'une à plusieurs dizaines de kilogrammes. Les dimensions des éléments déterminent le volume de stockage par unité. La circulation de l'eau peut y être verticale, horizontale et verticale ou tridimensionnelle. La forme, la structure des blocs et le polymère utilisé influent sur les caractéristiques et le comportement mécaniques. Les blocs parallélépipédiques se caractérisent par un module, une résistance en compression verticale et latérale à court et long termes. Ces paramètres, la géométrie de l’ouvrage et les conditions de mise en œuvre déterminent la contrainte permanente admissible, l’épaisseur maximale de remblai surmontant les SAUL, le nombre maximum d’éléments superposables et la profondeur maximale du dispositif.
fil d'eau ou la hauteur minimale de remblai pour la traficabilité. Pour un même produit, différentes gammes de résistance peuvent être disponibles, selon le domaine d'emploi (sous espace vert, sous parking ou sous chaussée circulée).
Un premier retour d’expériences sur l’emploi des SAUL a été réalisé, sur la base d'une enquête auprès de maîtres d’ouvrage et bureaux d’études [LE NOUVEAU & al., 2007]. Les SAUL sont appréciées pour leur rapidité et leur simplicité de conception et de réalisation. De manière ponctuelle, des problèmes liés à la conception ont pu être rencontrés : difficulté de remplissage d'un bassin en raison d’évents sous-dimensionnés et mal positionnés ; diffusion insuffisante de l'eau dans les SAUL par les diffuseurs ; effondrement d'un ouvrage quatre mois après la mise en service (hauteur de remblai surmontant les SAUL et profondeur de fil d’eau très importantes). L’exploitation des ouvrages donne également satisfaction d'une manière générale. Aucun problème de fonctionnement n’a été signalé, même sur les ouvrages les plus anciens (jusqu’à une quinzaine d’années de fonctionnement). Le retour d’expé-
SAUL à diffuseur externe
La diffusion de l'eau est assurée par des drains placés dans des matériaux granulaires, positionnés sous les blocs ou latéralement. Ces drains sont inspectables et hydrocurables. La circulation d'eau dans les blocs est verticale ou horizontale.
SAUL à drain de diffusion interne
Certains blocs, connectés aux ouvrages d'injection d'eau pluviales, sont pré-équipés de drains de diffusion intégrés. Ces drains sont inspectables et hydrocurables. La circulation de l'eau dans les blocs est ensuite tridimensionnelle.
SAUL sans diffuseur
L'eau est introduite directement depuis un ou plusieurs ouvrages d'injection, sans drain. La circulation de l'eau dans les blocs est ensuite tridimensionnelle.
SAUL à canal de curage
La diffusion de l'eau est assurée par des canaux longitudinaux, voire transversaux, éventuellement équipés de parois déflectrices. Les canaux accessibles par un puits d'inspection sont inspectables et hydrocurables. La circulation d'eau dans les blocs est ensuite tridimensionnelle.
riances a également souligné le faible nombre d’ouvrages d'infiltration des eaux pluviales réalisés. Il a par ailleurs permis de préciser les interrogations et besoins des maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre vis-à-vis de ces matériaux de stockage.
Vers un nouveau référentiel technique
Dans ce contexte, la refonte du guide technique de 1998 a été engagée en 2007 par le Réseau scientifique et technique de l'Équipement, en collaboration notamment avec l’Agence de l'eau Seine-Normandie et les producteurs. Elle vise à intégrer les évolutions des exigences de gestion durable des eaux pluviales dans les aménagements, prendre en compte l’évolution de l’offre de conception, au fonctionnement hydraulique et à l’exploitation similaires. Elle concerne les SAUL en tant que matériaux de stockage, sachant qu’il peut être nécessaire de compléter le volume de stockage mis en œuvre par d'autres ouvrages ou équipements (dépollution, etc.).
Cette classification tient principalement compte du fonctionnement hydraulique et de la conception des ouvrages, en particulier lorsque l’injection des eaux pluviales se fait de manière localisée (configuration la plus fréquente).
Elle ne tient pas compte des caractéristiques et du comportement mécaniques des SAUL, qu’il convient également de considérer. Il s'agit en effet d’un aspect essentiel : les ouvrages en SAUL doivent faire l'objet d'une justification de leur tenue mécanique à court et long termes. À ce jour la mesure des caractéristiques mécaniques des SAUL ne fait pas l'objet de méthodes harmonisées. Par ailleurs, lors d'une pose sous chaussée, il est nécessaire de déterminer l’épaisseur et la qualité de compactage des matériaux granulaires nécessaires à l'obtention de la qualité de plate-forme support requise avant réalisation de la couche de fondation de la chaussée. Le guide fournira ainsi les principes de justification de la tenue mécanique des SAUL et des structures les surmontant afin de permettre aux maîtres d’œuvre de vérifier les notes de calcul établies par les entreprises.
Conclusion
Pour la réalisation d’ouvrages enterrés de stockage des eaux pluviales, les matériaux de type structures alvéolaires ultra-légères (SAUL) sont utilisés depuis une vingtaine d'années. Ces éléments thermoplastiques manuportables, qui offrent 95 % de vides, sont adaptés au prix et à la rareté du foncier en milieu urbain. Un premier retour d'expériences, portant principalement sur les ouvrages les plus anciens, a été réalisé en France. Il est relativement favorable, tant sur la conception que sur le fonctionnement des ouvrages. Depuis plusieurs années, l'offre de produits s'est largement diversifiée. Afin de répondre aux besoins des différents acteurs, un nouveau guide technique est en préparation : il apportera des éléments pour l'aide à la décision, la conception, la réalisation et l'entretien des ouvrages de stockage en SAUL.
Références bibliographiques
Andoph, R. Y. G., Stephenson, A., Kane, A. (2001), A novel integrated system for stormwater management, NOVATECH’2001, Lyon, pp. 433-440.
Bulletin officiel – Fascicule spécial n° 2003-10 (2003), Marchés publics de travaux. Cahier des clauses techniques générales. Fascicule 70 — Ouvrages d’assainissement — Titre I : les réseaux — Titre II : Ouvrages de recueil, de stockage et de restitution des eaux pluviales.
CERTU, AIVF, LCPC (1999), Chaussées poreuses urbaines.
CERTU, MEDD (2003), La ville et son assainissement : principes, méthodes et outils pour une meilleure intégration dans le cycle de l'eau.
Faram, G. M., Guymer, I., Saul, A. J. (2004), Assessment of modular block stormwater storage systems, NOVATECH'2004, Lyon, pp. 235-242.
LCPC, CERTU, Agences de l'eau (1998), Les structures ultralégères (SAUL) en assainissement pluvial, Dossier Environnement n° 82, éditions CERTU (téléchargeable : www.certu.fr).
LCPC (Perrier, H.) (1992), Utilisation de structures alvéolaires ultralégères en remblai routier, Guide technique, 24 p.
Le Nouveau N., Montaut M., Gomez A. (2007), Structures alvéolaires ultralégères (SAUL) en assainissement pluvial : vers une classification des produits et retours d'expériences, 6e Conférence internationale NOVATECH’2007, 25-28 juin 2007, Lyon.
NF EN 752. Partie 1 & 7 (1996 à 1998) : Réseaux d'évacuation et d'assainissement à l'extérieur des bâtiments (ensemble de normes en cours de révision qui sera remplacé par une norme globale à paraître prochainement).
