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Bassin de retenue (HU)

De Wikhydro

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Traduction anglaise : Detention basin, Storage basin, Retention basin, Dry or wet pond, Storage tank, etc.

Dernière mise à jour : 27/07/2023

En assainissement et en hydrologie, désigne un ouvrage destiné à stocker temporairement les eaux urbaines (pluviales ou unitaires) pendant les périodes pluvieuses avant de les restituer au milieu naturel ou au réseau aval dans des conditions acceptables par ce dernier ; on parle également de bassin de rétention ou de bassin d'orage.

Cet article sert de chapeau à une série de 5 autres articles principaux qui essaient de faire le point sur la famille d'ouvrages concernés. Ces articles sont les suivants :

  • bassin sec : qui traite des spécificités des bassins de retenue de surface qui n'ont pas d'eau de façon permanente, quel que soit le cadre d'utilisation et la nature du réseau ("detention basin") ;
  • bassin en eau : qui traite des spécificités des bassins de retenue de surface ayant un plan d'eau permanent installés sur des réseaux pluviaux ("retention basin", "wet pond") ;
  • bassin enterré : qui traite des spécificités des bassins de retenue construits en souterrain, quelle que soit leur forme (ouvrages en béton, en conduites sur-dimensionnées, en SAUL, ou autres) et quelle que soit la nature du réseau et l'objectif ("underground tank") ;
  • bassin d'infiltration : qui traite des spécificités des bassins de retenue construits sur des réseaux pluviaux qui se vidangent au moins en partie par infiltration ("infiltration basin") ;
  • bassin de stockage-restitution : qui traite des spécificités des bassins de retenue de surface ou souterrain, installés dans un réseau unitaire ou dans un réseau pluvial, en série ou en dérivation et destinés à lisser les apports à la station d'épuration ou plus généralement vers l'aval ("storage basin", "storm tank").

Les autres termes les plus fréquents font l'objet d'un article plus court, pointant leurs spécificités éventuelles et renvoyant vers le (ou les) article(s) principal(aux) le(s) plus proche(s) dans notre typologie.

Sommaire

L'essentiel

Les bassins de retenue peuvent prendre des formes extrêmement diverses (sec ou en eau, de surface ou souterrain, etc.), se vider selon des principes différents (à débit contrôlé ou par infiltration), être installés sur des réseaux unitaires ou sur des réseaux séparatifs, poursuivre des objectifs multiples (par exemple lutter contre les inondations et/ou viser à diminuer les masses de polluants rejetés), favoriser la décantation ou au contraire essayer de l'éviter, etc. Ce terme peut donc correspondre à un grand nombre d'ouvrages différents.

En France, les bassins de retenue ont recommencé à être utilisés à partir des années 1970-1980. Imaginés à l'origine comme des ouvrages techniques interdits au public, leur conception a progressivement évolué et les bassins de retenue sont de mieux en mieux intégrés à la trame urbaine et aux aménagements. Aujourd'hui, les bassins de retenue peuvent remplir, simultanément ou pas, un grand nombre de fonctions techniques :

  • lutter contre les inondations en stockant provisoirement les flux d'eau excédant les capacités d’évacuation du système de drainage des eaux pluviales ou unitaires pour les restituer ensuite (en totalité ou en partie) à débit limité à un exutoire extérieur (cours d'eau ou réseau traditionnel) ;
  • limiter les volumes rejetés par les déversoirs d'orage ainsi que la charge polluante associée et augmenter la partie renvoyée vers la station d'épuration ;
  • abattre la charge polluante contenue dans les eaux en permettant la décantation ou la filtration d'une importante partie des matières en suspension et donc de la plupart des polluants car beaucoup y sont adsorbés au moins en partie ;
  • recharger la nappe phréatique.

A ces fonctions techniques on associe également souvent d'autres fonctions urbaines visant à valoriser les espaces mobilisés par des usages de loisirs ou d’espace public. Ces fonctions d'usage sont fortement dépendantes de la nature du réseau (pluvial ou unitaire) sur lequel le bassin est installé ainsi que de sa position (de surface ou enterré) et de sa nature (sec ou en eau). Les bassins de retenue les plus facilement valorisables sont bien évidemment les bassins de surface installés sur des réseaux pluviaux (qu'ils soient secs ou en eau).

Généralités

Principes de fonctionnement

Les bassins de retenue peuvent prendre des formes extrêmement diverses (sec ou en eau, de surface ou souterrain, etc.), se vider selon des principes différents (à débit contrôlé ou par infiltration), être installés sur des réseaux unitaires ou sur des réseaux séparatifs, poursuivre des objectifs multiples (par exemple lutter contre les inondations et/ou viser à diminuer les masses de polluants rejetés), favoriser la décantation ou au contraire essayer de l'éviter, etc.

Il est donc tout autant difficile de leur associer un cadre générique correspondant à un ouvrage type que d'en établir une typologie précise caractérisant des variantes à partir de cet ouvrage type. Ce chapitre sera donc essentiellement destiné à construire un panorama des possibles en adoptant différents points de vue.

Variantes et éléments de terminologie

Justification des termes choisis comme entrées principales

Le vocabulaire concernant les bassins de retenue est extrêmement varié sans qu'il existe un consensus sur l'adéquation des noms attribués aux ouvrages à leurs formes ou à leurs objectifs (Berthier et Finck, 2017). Les choix effectués sont donc parfaitement discutables et n'ont pas pour fonction de figer le vocabulaire qui dépend logiquement des régions, des habitudes et des points de vue.

Plusieurs autres termes auraient par exemple pu être choisis comme terme générique à la place de "bassin de retenue", en particulier bassin de rétention ou bassin d'orage qui sont beaucoup utilisés. Nous leur avons préféré "bassin de retenue" pour les raisons suivantes :

  • "bassin de rétention" prête à confusion avec le terme anglais "retention basin" qui désigne spécifiquement un bassin de retenue en eau ;
  • "bassin d'orage" est utilisé de façon très différente par les routiers qui désignent ainsi des ouvrages installés spécifiquement sur des réseaux pluviaux et par certains spécialistes de l'assainissement qui le réservent aux ouvrages construits sur les réseaux unitaires pour lisser les apports à la station d'épuration.

De la même façon, nous avons choisi les 5 autres termes constituant les entrées principales parce qu'ils mettent en avant :

  • soit des modalités de fonctionnement spécifiques (vidange par infiltration ou rejet à débit contrôlé) ;
  • soit un aspect particulier d'aspect ou de forme (sec ou en eau, de surface ou enterré) (figure 1).


Figure 1 : Spécificités des ouvrages correspondant aux termes principaux retenus.

Le choix de ces 5 entrées a été motivé par la recherche d'une présentation aussi simple que possible des différentes solutions utilisables par les concepteurs. Les deux critères choisis jouent en effet sur trois points qui nous paraissent essentiels dans la réflexion :

  • l'aspect de l'ouvrage,
  • la façon dont il fonctionne,
  • les problèmes que son exploitation peut soulever.

Beaucoup d'autres classifications sont possibles (Berthier et Finck, 2017) et certaines seront présentées dans le paragraphe suivant.

Autres classifications possibles

Lors du colloque national sur les bassins d'orage (voir www.cerema.fr), Berthier et Finck (2017) ont présenté différents essais de classification des ouvrages (Ta Thu Thuy, 1988 ; STU et Agences de l'eau, 1994 ; Chocat et al., 1997 ; ASTEE, 2008, etc.). Leur conclusion principale est, comme évoqué plus haut, qu'il est difficile de proposer une typologie et des dénominations qui fassent l’unanimité :

  • des ouvrages similaires en termes de conception, de fonctionnement, d’objectifs peuvent être désignés par des appellations différentes ("bassins de dépollution", "bassins de décantation", etc.) ;
  • des ouvrages très différents peuvent être désignés par la même appellation ("bassin d’orage").

La diversité du vocabulaire trouve en effet un écho dans la diversité des ouvrages. Même si on réduit le champ d’application du terme "bassin de retenue" aux ouvrages retenant momentanément des eaux qui sont au moins en partie d'origine pluviale, la diversité des fonctions possibles fait que ce terme peut désigner de manière générique toutes sortes d’ouvrages. Comme de plus les formes que peuvent prendre ces ouvrages sont elles-mêmes extrêmement variables, il est facile de comprendre qu’un grand nombre d’appellations soient utilisées.

Pour avancer Berthier et Finck (2017) proposent d'appuyer la classification sur deux éléments :

  • les grands "processus" à l’œuvre :
    • stockage-restitution (volume de l’ouvrage) ;
    • décantation (souhaitée ou subie).
  • les objectifs poursuivis :
    • régulation hydraulique du réseau (lutte contre les mises en charges, les débordements ou les inondations) ;
    • protection du milieu naturel (par stockage-restitution, par décantation ou par laminage des pointes de charge et/ou de débit en tête de station).

En rajoutant la nature du réseau (unitaire ou pluvial) sur lequel est implanté l'ouvrage, ces différents éléments de classification peuvent être résumés dans le tableau de la figure 2.


Figure 2 : Classification des bassins de retenue selon l'objectif principal et la nature du réseau

On obtient alors une typologie totalement différente de celle retenue précédemment...

Comparaison entre les terminologies francophones et anglophones

La terminologie est encore compliquée par le fait que la logique de dénomination est différente selon les pays, et en particulier entre les pays anglophones et les pays francophones. Par exemple en anglais :

  • Les mots basin, tank ou pond peuvent être utilisés alternativement en terme principal ; cependant les termes pond et basin sont plutôt utilisés pour les ouvrages de surface et le terme tank pour les ouvrages souterrains construits (la distinction est plus stricte en Amérique du Nord).
  • Le terme detention fait référence à un stockage temporaire de type dynamique (l'ouvrage n'a qu'une fonction d'écrêtement de crue), alors que le terme retention suppose une permanence, ou du moins un stockage de plus longue durée (il s'agit donc obligatoirement d'un bassin en eau). Cette distinction est d'autant plus piégeante que les mots français sont proches, voire quasiment identique si l'on utilise "bassin de rétention".

Il est souvent donc difficile d'établir un parallèle entre les termes français et les termes anglais, la liste suivante n'est donc proposée qu'à titre d'illustration :

  • bassin d'amortissement : retarding basin, detention basin ;
  • bassin réservoir : storage basin, retention basin ;
  • bassin tampon : balancing tank ;
  • bassin d'étalement : retarding basin (surtout utilisé en Australie) ;
  • bassin de stockage : storage basin ;
  • bassin de dépollution : pollution control pond  ;
  • bassin d'orage : storm basin ;
  • bassin sec : dry pond ;
  • bassin enterré : underground tank ; etc.

Cas des ouvrages complexes

Un dernier élément de difficulté d’organisation de la présentation est associé au fait que les bassins de retenue, et en particulier les plus importants d'entre eux, sont souvent constitués de plusieurs ouvrages. En effet, dans le but, d'une part, de faciliter l'exploitation des ouvrages et, d'autre part, de mieux différencier et optimiser leurs fonctions, les ingénieurs ont eu l'idée, dès les années 1980, de compartimenter les bassins de retenue.

Plusieurs solutions ont été expérimentées utilisant des principes assez voisins.

  • un pré-bassin destiné à piéger les matériaux les plus grossiers et à servir de premier décanteur. Ce pré-bassin est le seul à être mobilisé pour les pluies les plus faibles. Cette partie de l'ouvrage doit être curée et nettoyée régulièrement. Il est donc nécessaire que l'ouvrage soit sec, imperméable, revêtu et facile d'accès de façon à permettre le passage d'engins mécanisés.
  • Un second compartiment, de volume généralement plus important, permet le stockage et la décantation des flux produits par les pluies moyennes et fortes. Il peut également servir de bassin tampon s'il est installé sur un réseau unitaire. Cet ouvrage est mobilisé moins souvent et les contraintes d'exploitation peuvent être moins sévères.
  • Le dernier compartiment reçoit alors des eaux décantées et de qualité relativement satisfaisante. Il peut facilement être utilisé pour des usages urbains. Plusieurs options sont possibles, par exemple :
  • bassin en eau à usage récréatif, ou,
  • bassin d'infiltration éventuellement dédié à un autre usage pendant les périodes sans pluie.

Quelle que soit la solution retenue, ce bassin final est en général alimenté en série dans le cas d'un système pluvial ou par déversement d'un trop plein d'eau décantée à partir du deuxième bassin dans le cas d'un système unitaire.

Pour illustrer ces principes, on peut par exemple citer le bassin de la Molette, au sud de l’aéroport du Bourget et le bassin du Brouillards, à Dugny, un peu plus à l’ouest, dont les ouvrages les plus aval sont totalement intégrés dans une trame verte et bleue s'appuyant sur le projet de réouverture de la Vielle mer et assurant la transition vers le grand parc Georges Valbon, anciennement connu sous le nom de parc de la Courneuve (Département de Seine-Saint-Denis, 2018 ; APUR, 2020 ; Dupont et Maytraud, 2004). Voir figure 3.


Figure 3 : Vue aérienne orientée vers le sud - ouest du Bassin de la Molette en Seine-Saint-Denis, dans sa configuration actuelle : tout-à-fait en bas à gauche, l’autoroute A1 ; en bas, le premier compartiment, sec et revêtu ; plus haut à gauche, le compartiment intermédiaire, sec, perméable et enherbé ; plus haut encore, le dernier compartiment, en eau et perméable ; tout-à-fait en haut le début du Parc Georges Valbon ; Crédit photo : Département de la Seine-Saint-Denis (DEA).

Éléments d'historique

Si l'idée de stocker provisoirement ou plus durablement (mares des fermes, douves des châteaux, etc.) les eaux pluviales urbaines a été mise en œuvre par beaucoup de civilisations au cours de l'histoire, cette solution a progressivement été délaissée au milieu du XIXème siècle lors de l'émergence du principe hygiéniste d'évacuation la plus rapide possible des toutes les eaux hors de la ville (voir La ville et son assainissement (HU)).

Elle n'a malgré tout pas été totalement abandonnée et la solution consistant à établir des bassins de retenue sur les réseaux unitaires semble dater de la fin du XIXème siècle dans l’Empire allemand. Elle a également été déclinée aux Pays Bas, plutôt pour des eaux pluviales. En France elle s’est par exemple concrétisée sur le Bassin des Brouillards à Dugny, pour limiter les inondations de la Vieille Mer à Saint-Denis : cet ouvrage, conçu sous l’occupation allemande pendant la seconde guerre mondiale n'a cependant été réalisé que plus de 10 ans après la fin de celle-ci. En Europe de l'ouest, les bassins de retenue sont également un peu réapparus lors des travaux de reconstruction d'après-guerre, mais souvent de façon provisoire et palliative.

En France, ce n'est finalement qu’à la fin des années 1960 et au début des années 1970, malgré des réticences persistantes du Conseil supérieur d’hygiène publique de France, que ces ouvrages reviennent réellement sur le devant de la scène, avec des finalités et dans des contextes assez différents :

  • on installe par exemple, dès les années 1960, des bassins tampons, à l'amont immédiat de certaines stations d'épuration ; ces ouvrages ont pour fonction principale d'homogénéiser les effluents, lorsque leur composition est extrêmement variable dans le temps (pH, charge de DBO5, etc.), avant qu'ils ne soient admis sur les filières d'épuration biologique ;
  • quelques années plus tard, la construction de villes nouvelles dans des zones ne disposant pas d'exutoire naturel (par exemple à Saint–Quentin–en-Yvelines ou à Marne la Vallée) conduit à développer l'urbanisation autour de grands bassins de retenue en eau ayant par ailleurs des fonctions paysagères et d'usages ;
  • l'augmentation de la fréquence et de la gravité des inondations dues à des débordements de réseaux produits par une croissance urbaine extrêmement rapide à la périphérie des villes associée aux coûts énormes des redimensionnements de réseaux, amènent également différentes collectivités (Départements de la proche banlieue de Paris, Bordeaux, Nancy, Marseille, etc.) à mettre en place, à partir des années 1970 de grands bassins, parfois souterrains, visant à écrêter les pointes de débit (bassin d'écrêtement, bassin d'étalement, bassin de régulation, etc.). Dans l'est lyonnais où la perméabilité des sols est très grande on met en place des bassins d'infiltration recyclant souvent d'anciennes gravières. Dans tous les cas il s'agit d'ouvrages à vocation uniquement technique, de grande taille et gérés par les services d'assainissement des collectivités.

L'instruction technique de 1977 remet complétement les bassins de retenue à la mode en brisant le dogme technique de l’évacuation la plus rapide possible de toutes les eaux hors de la ville et en proposant des abaques fondés sur la méthode des volumes pour les dimensionner. Même si elle justifie le recours à ce type de solutions essentiellement par des arguments d'ordres fonctionnels, et surtout économiques, cette Instruction technique ouvre la voie à une réflexion sur le stockage des eaux pluviales avant rejet, laquelle va conduire progressivement à toute la panoplie des solutions alternatives.

Dans le même temps, l'utilisation des bassins de retenue pour drainer les plates formes routières et autoroutières se généralise, d'abord pour piéger des substances potentiellement dangereuses en cas d'accident de circulation, puis pour écrêter les débits de pointe de façon à limiter la taille des rétablissements hydrauliques, et enfin, simplement pour gérer les eaux pluviales.

Dans le même temps, sous la pression des collectivités qui commencent à réglementer l'accès des eaux pluviales dans les réseaux, l'utilisation des bassins de retenue se développe, même sur le domaine privé. Les premiers bassins de surface sont le plus souvent simplement étanchés par une géomembrane et considérés comme de simples ouvrages de génie civil. Du fait de leur aspect et de leur mode de construction, leur intégration dans le paysage, de même que leur maintenance, est souvent très difficile (figure 4) et beaucoup ne sont, de fait, jamais entretenus.


Figure 4 : Beaucoup de bassins de retenue de surface ont été réalisés en les étanchant avec une géomembrane ; outre la difficulté d'intégration dans le paysage, les bassins de ce type posent un grave problème d'exploitation : comment les curer sans abimer la membrane ? Crédit photo SERAM.

A partir des années 1980, du fait de la prise en considération de l'importance des rejets urbains de temps de pluie, et en particulier par suite de la publication de la directive cadre sur les eaux résiduaires urbaines en 1991, on assiste à la mise en place d'une nouvelle génération de bassins, visant principalement à diminuer les rejets par les déversoirs d'orage en maximisant le volume amené jusqu'à la station d'épuration ou en jouant un rôle de dépollution en favorisant la décantation des matières en suspension (bassin de dépollution, bassin de décantation) (Seine St Denis, 1992).

Progressivement l'idée selon laquelle les espaces réservés pour le stockage de l'eau ne sont utilisés que très rarement, associée au coût du foncier, conduit les concepteurs à paysager les bassins de retenue et/ou à leur chercher un autre usage pendant les périodes où ils sont à sec. Si, au début, le traitement reste sommaire (typiquement une pelouse), leurs fonctions urbaines, sociales ou environnementales vont progressivement s'élargir et les ouvrages vont s'ouvrir au public de façon à faciliter leur intégration urbaine (figure 5).


Figure 5 : Bassin de retenue traité en piste de cross : en cas de pluie une partie de l'eau peut s'infiltrer et l’excédent est renvoyé au réseau à débit limité ; dans ce cas les fonctions se complètent car la différenciation des niveaux en fond de bassin favorise l'infiltration en limitant les risques de colmatage ; Métropole du Grand Lyon ; Crédit photo : Bernard Chocat

Aujourd'hui ces ouvrages se sont progressivement transformés en véritables éléments urbains (voir figure 6) dans lesquels on essaie autant que possible de favoriser l'infiltration même si la perméabilité du sol est assez faible et qu’un autre exutoire (soit de surface, soit vers un réseau) reste nécessaire. Initialement conçus comme des ouvrages techniques collectifs, de grande taille, entretenus par la collectivité, les bassins de retenue peuvent aujourd’hui prendre des dimensions et des formes très diverses et être considérés comme des espaces inondables dont l'une des fonctions secondaires consiste à gérer les eaux de pluie "à la source".


Figure 6 : Aménagement à Copenhague : Bassin de retenue traité en aire de sport ? Ou, aire de sport avec une fonction complémentaire de stockage provisoire des eaux pluviales ? Crédit photo GRAIE.

Les bassins de retenue constituent de fait un patrimoine important et qui continue de se développer. Allard et Finck (2017) en recensent par exemple environ 17 600 à la fin des années 2010 en France métropolitaine, dont 6 100 sur des réseaux unitaires, en indiquant cependant que ces chiffres doivent être pris avec des réserves du fait des incertitudes sur les enquêtes réalisées.

Fonctions et co-bénéfices

Les bassins de retenue peuvent remplir, simultanément ou pas, un grand nombre de fonctions techniques :

  • lutter contre les inondations en stockant provisoirement les flux d'eau excédant les capacités d’évacuation du système de drainage des eaux pluviales ou unitaires pour les restituer ensuite (en totalité ou en partie) à débit limité à un exutoire extérieur (cours d'eau ou réseau traditionnel) ;
  • limiter les volumes rejetés par les déversoirs d'orage ainsi que la charge polluante associée et augmenter la partie renvoyée vers la station d'épuration ;
  • abattre la charge polluante contenue dans les eaux en permettant la décantation ou la filtration d'une importante partie des matières en suspension et donc de la plupart des polluants car beaucoup y sont adsorbés au moins en partie ;
  • recharger la nappe phréatique.

A ces fonctions techniques on associe également souvent d'autres fonctions urbaines visant à valoriser les espaces mobilisés par des usages de loisirs ou d’espace public. Ces fonctions d'usage sont fortement dépendantes de la nature du réseau (pluvial ou unitaire) sur lequel le bassin est installé ainsi que de sa position (de surface ou enterré) et de sa nature (sec ou en eau). Les bassins de retenue les plus facilement valorisables sont bien évidemment les bassins de surface installés sur des réseaux pluviaux (qu'ils soient secs ou en eau).

Nous renvoyons le lecteur aux articles Bassin sec (HU), Bassin en eau (HU) et Bassin d'infiltration (HU) pour trouver des exemples pour lesquels les bassins de retenue sont davantage considérés comme des espaces urbains que comme des ouvrages techniques.

Sur un autre plan, du fait qu'ils ont été les premiers ouvrages alternatifs mis en œuvre pour gérer les eaux pluviales, les bassins de retenue ont contribué à briser l'isolement des spécialistes de l’assainissement urbain et à permettre l’intégration au moins partielle de cette problématique dans les politiques urbaines (voir Solution alternative (HU)).

Conception

Conception générale

Berthier et Finck (2017), proposent de distinguer les différents éléments constitutifs suivants pour un bassin de retenue :

  • un volume de stockage : celui-ci dépend de la nature de l'ouvrage (bassin sec ou en eau, bassin de surface ou enterré), et les aspects spécifiques sont traités dans les articles correspondants ; les aspects les plus généraux sont présentés dans § "Conception géométrique" ; la détermination de la dimension et de la forme de ce volume de stockage est présentée dans le § "Principes de dimensionnement et choix des dimensions" ;
  • une ou plusieurs alimentation(s), le bassin peut en particulier être installé en série ou en parallèle du réseau existant : voir le § "Différents modes possibles d'alimentation" ;
  • un ou plusieurs dispositifs de restitution : ceux-ci dépendent principalement du mode de restitution : par infiltration ou à débit limité ; cet aspect est traité dans le § "Restitution par infiltration ou par un autre mode" ; les différents types possibles de régulation, ainsi que leurs intérêts et inconvénients sont présentés dans le § "Différents types de régulation" ;
  • un compartimentage éventuel : voir le § "Intérêts et inconvénients du compartimentage" ;
  • différents équipements de fonctionnement : dispositifs de nettoyage, d'accès, de ventilation, de prétraitement, etc. ; la façon de concevoir ces équipements est présentée dans le § "Équipement des bassins de retenue" ;
  • différents équipements de sécurité, permettant l'alerte, la détection de gaz dangereux, l'évacuation d'urgence, etc. ; ces équipements sont également traités dans le § "Équipement des bassins de retenue" ;
  • différents équipements de métrologie, nécessaires au suivi du fonctionnement et à l'évaluation des performances ; l'importance de la métrologie et la façon de la mettre en œuvre font l'objet du § "Métrologie des bassins de retenue".

Conception géométrique

La conception géométrique de l'ouvrage consiste à déterminer la forme de bassin la plus adéquate pour obtenir le volume de stockage désiré sur l'espace disponible en tenant compte des différentes contraintes existantes. Les problèmes posés par la recherche de cette adéquation sont très dépendants de la nature du bassin de retenue (bassin de surface ou bassin enterré, bassin sec ou bassin en eau) et de son mode de vidange (infiltration ou vidange à débit contrôlé). Ces aspects sont traités dans les articles correspondants.

En plus de l'aspect financier, très lié au coût du foncier, différents autres éléments sont cependant communs à la plupart des ouvrages.

Comportement vis à vis de la décantation

La première question commune consiste à se demander quel devra être le comportement du bassin vis à vis du transport solide. Pratiquement ceci nécessite de répondre à deux questions :

  • faut-il favoriser la décantation ou au contraire essayer de l'éviter pendant la durée de l'événement pluvieux ?
  • faut-il, à la fin de l'événement, essayer de conserver dans l'ouvrage les matières décantées ou au contraire faut-il essayer de les remettre en suspension pour les évacuer vers l'aval ?

Les réponses apportées à ces deux questions vont conditionner différents aspects de la conception géométrique : profondeur de l'ouvrage (également souvent imposée par l'espace disponible), position des arrivées et des départs, forme générale en lien avec la réflexion sur la façon dont l'eau circulera dans l'ouvrage, pente du fond, présence éventuelle de déflecteurs, etc. La gestion des sédiments fait également intervenir d'autres éléments qui seront traités dans les § suivants : mode d'alimentation, compartimentage éventuel, dispositifs de nettoyage.

Contraintes d'accès et d'exploitation

Le dernier point relatif à la conception géométrique concerne la gestion des points d'accès, en particulier de ceux nécessaires aux engins permettant l'exploitation et l'entretien de l'ouvrage. Une attention toute particulière doit être apportée aux gênes éventuelles aux riverains. La présence fréquente de véhicules d'exploitation est en effet souvent perçue comme une gêne au trafic et comme une source de nuisance (bruit, odeurs, etc.). Cet aspect est particulièrement important en ce qui concerne les bassins enterrés.

Concernant les grands bassins de retenue, il est également nécessaire de bien distinguer les parties accessibles au public et celles réservées aux dispositifs techniques (pré-traitement, pré-bassin, locaux techniques abritant les dispositifs métrologiques ou de régulation, etc.), de façon à éviter tout risque de dégradation ou d'accident.

Différents modes possibles d'alimentation

La première question concernant le mode d'alimentation consiste à se demander si le bassin de retenue doit être installé en série sur le collecteur ou en parallèle (figure 7). Une alimentation en parallèle présente beaucoup d'avantages par rapport à une alimentation en série, en particulier sur les réseaux unitaires. Elle permet en particulier d'éviter le transit de l'eau dans le bassin en temps sec ou pour les petites pluies, ce qui réduit les temps d’utilisation et les contraintes de nettoyage. C'est aussi un avantage en matière de maintenance même si le nombre d'organes de contrôle nécessaire est plus grand.

Nota : Le bassin peut également constituer un exutoire (dans le cas d'un bassin d'infiltration), soit pour toutes les pluies si la capacité d'infiltration est suffisante, soit uniquement pour les pluies les plus faibles avec une surverse vers le réseau ou vers un écosystème aquatique de surface (cours d'eau, mer, lac, etc.).


Figure 7 : L'alimentation en parallèle constitue le système le plus souple pour la gestion mais nécessite au moins trois dispositifs de contrôle ; dans le cas d'une implantation en série, un seul dispositif de contrôle peut suffire.

Ces considérations de base doivent être complétées par l’analyse des spécificités locales et de très nombreuses variantes sont possibles selon la nature du réseau et les objectifs visés en jouant sur l'utilisation des by-pass ou des surverses. L'article "Bassin de retenue" de l'encyclopédie de l'hydrologie urbaine et de l'assainissement (Chocat et al., 1997) propose par exemple à titre illustratif les schémas d'alimentation suivants qui ne prétendent bien sûr pas à l'exhaustivité (figures 8 à 10).


Figure 8 : Utilisation d'un bassin de retenue comme ouvrage de décantation sur un réseau séparatif ; Source : Chocat et al., 1997.


Figure 9 : Utilisation d'un bassin de retenue comme ouvrage de décantation sur un réseau unitaire ; Source : Chocat et al., 1997.


Figure 10 : Utilisation d'un bassin de retenue comme bassin tampon et/ou comme bassin de stockage-régulation (MN pour Milieu Naturel récepteur) ; Source : Chocat et al., 1997.


Une alimentation en parallèle permet en particulier de choisir le seuil d'alimentation du bassin en fonction de l'objectif : utiliser un seuil élevé et n'utiliser le bassin que pour les pluies fortes dans un objectif de prévention des inondations ou au contraire l'utiliser dès les petites pluies dans un objectif de lutte contre la pollution (figure 11).


Figure 11 : Illustration de l'incidence des objectifs sur les seuils d’alimentation des bassins de retenue ; une conception adaptée à la lutte contre la pollution nécessite des sollicitations fréquentes pour des pluies courantes, et donc un seuil d’alimentation aussi bas que possible alors que le seuil peut être plus important si l'objectif principal est la lutte contre les inondations ; Source : Jestin et al., 2009.

Cette étape de la réflexion est donc très importante dans la conception de l'ouvrage.

Restitution par infiltration ou par un autre mode

Dans le cas des ouvrages recevant uniquement des eaux pluviales, et sauf situations particulières (nappe vulnérable ou sol sensible à la présence d'eau), il est conseillé de favoriser l'infiltration (voir Bassin d'infiltration (HU)). En effet cette solution présente différents avantages, en particulier :

  • humidifier les sols et réalimenter les nappes phréatiques ;
  • limiter les rejets directs vers les eaux de surface.

La mise en œuvre de l'infiltration est possible même dans les cas de sols très peu perméables. A titre d'exemple, un sol avec une capacité d'infiltration très faible de 10-6 m3/s/m2 permet d'infiltrer une lame d'eau de 3,6 mm en 1 heure. Si l'on considère un bassin d'infiltration fonctionnant avec un facteur de charge (rapport entre la surface active et la surface d'infiltration) de 10, un tel ouvrage permet donc d'infiltrer en 20 heures une pluie de 7,2 mm. Ceci est certes insuffisant pour gérer les pluies fortes, pour lesquels un autre exutoire sera nécessaire, mais largement suffisant pour infiltrer en totalité les volumes produits par les pluies faibles et moyennes. Un tel ouvrage limitera donc de façon importante le nombre de rejets ainsi que le volume annuel rejeté.

Dispositifs de régulation

Les dispositifs de régulation permettent de maîtriser les débits entrant et sortant du bassin de retenue. En cas de compartimentage, ils permettent également de gérer la répartition entre les différentes parties. Ils peuvent être fixes ou ajustables en temps réel. Même s'ils sont fixes ils doivent impérativement être conçus comme réglables et ajustables de façon à pouvoir adapter le fonctionnement de l'ouvrage à une évolution des sollicitations et/ou des exigences de service.

Les organes électromécaniques de contrôle hydraulique sont parfois difficilement accessibles, parfois exposés au vandalisme (bassin à ciel ouvert) ou encore soumis à une atmosphère défavorable (bassins enterrés). Ils doivent donc être conçus pour se replier, en cas de panne, sur des positions dites de sécurité, et de manière à faciliter les opérations de dépannage. Le contrôle pourra porter sur le débit de fuite ou de vidange, sur les niveaux amont ou sur le niveau aval, ou sur plusieurs de ces paramètres (avec des priorités).

Si ces organes sont amenés à gérer des gammes de débits ou de niveaux très étendues, il est préférable de prévoir plusieurs systèmes complémentaires afin de conserver une bonne maîtrise sur toute la gamme. Voir Seuil, Vanne, régulateur.

Il est également parfois intéressant (ou obligatoire) d'alimenter ou de vider le bassin par pompage. Cette solution est très énergivore mais elle offre une grande souplesse de gestion. Par exemple, elle permet facilement de ne pas faire transiter par le bassin les queues de crue peu polluées dont le débit moindre est acceptable par le réseau aval. Dans le cas des bassins enterrés, elle constitue également un outil efficace pour maîtriser les risques de mise en charge. Enfin, en cas d'ouvrage ouvert au public, elle permet de maîtriser le remplissage et d'éviter les accidents dus à une arrivée d'eau imprévue et trop rapide.

Intérêts et inconvénients du compartimentage

L'idée de compartimenter les bassins de retenue est ancienne. En effet les volumes apportés par les précipitations sont extrêmement variables et les ouvrages sont souvent dimensionnés pour des pluies fortes dont la fréquence d'apparition est rare. De ce fait les volumes mobilisés ne représentent le plus souvent qu'une faible partie du volume disponible. L'utilisation de compartiments différenciés permet alors de n'utiliser qu'une partie du bassin pour les pluies les moins fortes et de limiter ainsi les contraintes d'exploitation.

Un autre mode de compartimentage consiste à associer au bassin de retenue des dispositifs de prétraitement (à l'amont) et/ou de post traitement (à l'aval). L'article "Bassin de retenue" de l'encyclopédie de l'hydrologie urbaine et de l'assainissement (Chocat et al., 1997), déjà cité, propose par exemple à titre illustratif différents enchaînements possibles, aussi bien dans le cas des bassins secs que des bassins en eau (figures 12 et 13).


Figure 12 : Exemples de combinaisons d'ouvrages possibles dans le cas des bassins de retenue secs ; Source : Chocat et al., 1997.


Figure 13 : Exemples de combinaisons d'ouvrages possibles dans le cas des bassins de retenue en eau ; Source : Chocat et al., 1997.

Nota : L'utilisation de décanteurs lamellaires en complément du bassin de retenue, proposée dans les figures 12 et 13, ne présente de l'intérêt que si l'espace disponible est insuffisant pour permettre une décantation naturelle dans le bassin lui-même ou dans un pré-bassin

L'utilisation de compartiments différenciés est particulièrement intéressante en cas de double fonctionnalité (dépollution et écrêtement des crues plus fortes) (figure 14).


Figure 14 : Schéma de principe d'un compartimentage destiné à utiliser le bassin à la fois comme un ouvrage de dépollution pour les faibles pluies et comme un ouvrage de contrôle des pluies fortes ; Source : Lovera et Blanchet, 2009.

Malgré les avantages du compartimentage, nous attirons l'attention sur le fait que la conception de tels ouvrages est compliquée et nécessite des études détaillées si l'on veut bien maîtriser les modalités de remplissage, de vidange et de nettoyage.

Équipement des bassins de retenue

En dehors des dispositifs de prétraitement ou de post traitement déjà cités et qui peuvent être considérés comme des compartiments distincts du bassin principal, les bassins de retenue nécessitent différents équipements spécifiques pour assurer leur fonctionnement :

  • des dispositifs de prétraitement : en particulier pour intercepter les objets transportés les plus encombrants (dégrilleur par exemple) ;
  • des dispositifs de nettoyage : principalement sur les ouvrages installés sur les réseaux unitaires pour lesquels on souhaite limiter les charges d'entretien en renvoyant les sédiments déposés vers la station d'épuration à la fin de l'événement pluvieux : sprinkler, augets basculeurs, chasse d’eau, etc. ; il est également possible de prévoir simplement une arrivée d'eau sous pression permettant un nettoyage par lances à incendie ;
  • des dispositifs d'accès : dépendant de la nature de l'ouvrage et en particulier de son ouverture ou non au public ; en tout état de cause il est nécessaire d'anticiper la nécessité d'accès par des engins de chantier, par exemple en cas de réparation à effectuer ;
  • des dispositifs de ventilation : indispensables pour les bassins enterrés pour éviter les accumulations de gaz dangereux car toxiques ou explosifs et pour prévenir les mauvaises odeurs ;
  • des dispositifs de sécurité : permettant l'alerte (alerte sonore ou visuelle en cas d'arrivée d'eau), la détection de gaz dangereux, l'évacuation d'urgence, etc.

Métrologie des bassins de retenue

Les bassins de retenue doivent être capables de faire face à des sollicitations extrêmement variées en termes d'intensité, de durée, de période de l'année où elles se manifestent, etc. Par ailleurs ils doivent répondre à des objectifs divers (écrêtement des crues, piégeage des polluants, accueil d'activités, etc.). Enfin, la nature des sollicitations (par exemple du fait du changement climatique ou de l'évolution du bassin versant), les modes d'usage, les priorités d'objectifs, les caractéristiques des ouvrages (par exemple colmatage éventuel du sol), vont évoluer en permanence au cours de la vie de l'ouvrage. Les modalités de fonctionnement du bassin doivent donc être ajustables pour faire face à ces évolutions (voir § "Dispositifs de régulation"), mais il faut également comprendre comment l'ouvrage fonctionne. Pour ceci la mise en place de dispositifs métrologiques est souvent extrêmement utile. Différents équipements sont envisageables :

  • limnimètre pour suivre la façon dont le bassin se remplit et se vide ;
  • débitmètres pour mesurer les flux entrant et sortant du bassin ;
  • turbidimètres en entrée et éventuellement en sortie pour avoir une idée des charges en matières en suspension ;
  • caméras de surveillance pour visualiser les phases de remplissage et de vidange mais également l'évolution des dépôts ;
  • etc.

Principes de dimensionnement et choix des dimensions

Le choix des dimensions dépend essentiellement des objectifs poursuivis et de la nature de l'ouvrage.

Les méthodes classiques de dimensionnement sont présentées dans l'article "Méthodes de dimensionnement des ouvrages de stockage".

Des informations plus spécifiques sont fournies dans les articles Bassin sec (HU), Bassin en eau (HU), Bassin enterré (HU), Bassin d'infiltration (HU), Bassin de Stockage-Restitution / BSR (HU).

Éléments de méthodologie

Les différentes questions envisagées dans les paragraphes précédents sont bien évidemment fortement liées entre elles et nécessitent une approche globale et cohérente de la conception. Proposer une méthodologie complète permettent d'expliciter la démarche à suivre est bien évidemment impossible du fait de la diversité des situations. Il est cependant possible de définir certaines priorités dans la façon d'aborder ces différentes questions.

Tout d'abord il est indispensable de bien définir la raison principale pour laquelle on décide de construire l'ouvrage : gérer les eaux pluviales à l'échelle de la parcelle ? diminuer les débits de pointe à l'aval ? réduire le nombre de rejets par les déversoirs d'orage ? augmenter le volume apporté à la station d'épuration ? etc. Dans tous les cas, et même si l'on devra ultérieurement essayer de favoriser des usages multiples adaptés à chaque niveau de sollicitation pluvieuse, l'objectif principal, celui qui est à l'origine du projet, devra être clairement et complètement explicité, y compris en terme de niveau de service que l'ouvrage devra fournir.

Nota : Dans certains cas il est possible que le projet de bassin de retenue ne constitue qu'une option parmi d'autres pour atteindre cet objectif.

Deux questions doivent ensuite être abordées de façon quasi simultanée, même si leur importance relative dépend du contexte :

  • l'identification des différents contraintes techniques et réglementaires : réglementation à appliquer, espace mobilisable, pente, possibilités d'infiltration, risques géotechniques, encombrement du sol, présence d’une nappe, contrainte hydraulique aval, etc.
  • l'identification des autres fonctions techniques et usages urbains que l'ouvrage devra permettre ; cette deuxième question peut devenir centrale dans le cas où l'on souhaite favoriser la dimension urbaine, environnementale ou sociale de l'ouvrage ; elle conduira alors à mettre en place une équipe aussi pluri-disciplinaire que possible (architecte-urbaniste, paysagiste, écologue, etc.) capable d'affiner la question précédente sur les contraintes et de faire les premières propositions de conception.

Une fois la liste des contraintes et des objectifs clairement établie les premiers choix sont possibles :

  • bassin de surface (à privilégier) ou enterré (à réserver aux espaces très contraints), la présence de l'eau en surface étant à favoriser ;
  • bassin d'infiltration (à privilégier au moins pour une partie du débit de fuite) ou bassin de stockage-restitution ;
  • bassin sec ou en eau (à réserver aux cas où une alimentation complémentaire est disponible pour maintenir le niveau pendant les périodes sèches).

Ces choix préliminaires sont indispensables pour effectuer un premier dimensionnement et en particulier estimer la surface au sol nécessaire selon les principes retenus.

Il devient alors possible de commencer la conception géométrique de l'ouvrage en le positionnant dans l'espace et en définissant les modalités d'alimentation et de vidange.

Une fois l'ouvrage positionné et pré-dimensionné, on peut préciser sa forme et son fonctionnement de façon à optimiser la réalisation des différents objectifs complémentaires et enfin définir les différents équipements complémentaires (dispositifs de régulation, de métrologie, d’exploitation, etc.)

Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre

Les problèmes pratiques posés par la réalisation de ces ouvrages, de même que leurs impacts négatifs potentiels, sont différents selon leur forme (bassin enterré ou bassin de surface), selon leur nature (bassin sec ou bassin en eau) et selon leur mode de vidange (bassin d'infiltration ou bassin de stockage-restitution) et sont détaillés dans les articles correspondants. Les principaux points d'attention communs sont les suivants :

  • Risque de mauvaises odeurs : ce risque existe surtout pour les bassins installés sur les réseaux unitaires ; il peut être maîtrisé par un nettoyage effectué immédiatement après chacune des mises en eau et par une ventilation correcte (indispensable pour les bassins enterrés) ; en revanche la désodorisation des bassins, parfois proposée, est généralement inutile.
  • Risque de prolifération de moustiques : ce risque peut être maîtrisé par une conception et une réalisation soignée des ouvrages évitant les points bas et favorisant une vidange rapide (une durée en eau supérieure à 3 ou 4 jours consécutifs est nécessaire à l'éclosion des larves) ; un nettoyage régulier et rapide après les événements permet de se prémunir contre les eaux stagnantes ; contrairement à certaines idées reçues, la présence permanente d'eau (cas des bassins en eau) constitue un milieu favorable aux prédateurs des moustiques et contribue donc à diminuer le risque de prolifération.
  • Risque de noyade : ce risque peut être associé soit à une montée brutale des eaux ne permettant pas aux personnes présentes d'évacuer le site (cas des bassins secs), soit à la présence permanente d'un plan d'eau profond (cas des bassins en eau) ; en réalité ce risque est minime, même pour les ouvrages ouverts au public, en prenant quelques précautions simples en fonction de la nature de l'ouvrage (sec ou en eau) et des usages urbains qui y sont proposés ; une attention particulière doit cependant être accordée aux ouvrages techniques (pré-bassin, ouvrage de décantation, etc.).

Vie de l’ouvrage

Comme pour la réalisation, beaucoup des problèmes concernant la vie des ouvrages sont liés à leur forme (bassin enterré ou bassin de surface), leur nature (bassin sec ou bassin en eau) ou leur mode de vidange (bassin d'infiltration ou bassin de stockage-restitution). Ces points sont détaillés dans les articles correspondants. Certains points d'attention sont cependant communs :

  • Anticipation des difficultés liés à l'entretien de l'ouvrage et en particulier à son curage et son nettoyage : désignation le plus tôt possible dans le processus de conception de l'organisme qui sera en charge ; anticipation des gênes possibles pour les riverains (gêne au trafic, bruit, odeurs, gestion des produits de curage, etc.) ; ces aspects, bien réels, doivent impérativement être abordés au moment de la conception des ouvrages de façon d'une part à bien les budgéter et d'autre part à limiter leur impact.
  • Prise en compte de la nécessité d'adapter les modalités de fonctionnement aux évolutions des sollicitations et des objectifs de service : cet aspect doit impérativement être pris en compte dès la phase de conception et conduire à mettre systématiquement en place un matériel de métrologie complet et accessible ainsi que des organes de contrôle facilement réglables (voir plus haut).
  • Anticipation des possibles conflits d'usage : ce point est particulièrement important dans le cas de ouvrages ouverts au public permettant des usages urbains.


Bibliographie :

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  • APUR (2020) La réouverture de la Vieille Mer et l’intégration des bassins de retenue, Séquence du Parc Georges Valbon, Synthèse ; juillet 2020 ; téléchargeable sur : https://www.apur.org/fr/nos-travaux/redecouverte-vieille-mer-integration-bassins-gestion-eaux-pluviales-seine-saint-denis
  • Berthier, E., Finck, J.S. (2017) : Constituants, terminologies et typologies employées ; présentation au colloque national "les bassins d'orage sur les réseaux d'assainissement unitaires" ; Nancy, 10 octobre 2017 ; disponible sur : www.cerema.fr
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  • Chocat, B. (coord.) et Eurydice (1997) : Encyclopédie de l'hydrologie urbaine et de l'assainissement ; ed. Tec et Doc ; Lavoisier ; Paris (épuisé) ; 1124p.
  • Département de Seine-Saint-Denis (2018) : Un plan d’investissement pour les bassins du territoire de 100 M€ ; téléchargeable sur : https://ressources.seinesaintdenis.fr/Un-plan-d-investissement-pour-les-bassins-du-territoire-de-100-MEUR
  • Dupont, P., Maytraud, T. (2004) : La dé-couverture d’une rivière urbaine : le projet de la Vieille mer en Seine-Saint-Denis ; Les Cahiers de l’IAURIF : Le fleuve ; un système, des territoires, des acteurs ; n°141 ; 2e trimestre 2004 ; pp 82-85.
  • GRAIE (2014) : Fiche N° 7 "Garibaldi" ; Observatoire des opérations exemplaires de gestion des eaux pluviales ; GRAIE ; disponible sur www.graie.org
  • Jestin, E., Aires, N., Goussebaille, A. (2009) : La maîtrise des rejets urbains de temps de pluie sur le bassin Seine-Normandie Quels retours d’expérience sur les bassins d’orage ? ; TSM N°6 - 2009 ; pp. 21-30 ; disponible sur https://astee-tsm.fr/numeros/tsm-6-2009/
  • Lovera, M., Blanchet, F. (2009) : De la conception à l’exploitation des bassins de rétention : Retours d’expérience ; TSM N°6 - 2009 ; pp. 31-36 ; disponible sur https://astee-tsm.fr/numeros/tsm-6-2009/
  • Seine St Denis (1992) : Les bassins nouvelle vague ; actes colloque Seine-Saint-Denis ; 1992.
  • Ta Thu Thuy (1988) : Les bassins d'orage sur les réseaux d'assainissement ; rapport FNDAE ; 64p. ; disponible sur www.fndae.fr.

Pour en savoir plus :

  • ASTEE (2008) : Actes du colloque Bassins d’orage : conception, entretien et gestion ; TSM N°6 ; 2009 ; pp. 19-107 ; disponible sur https://astee-tsm.fr/numeros/tsm-6-2009/.
  • Cerema (2017) : Retour sur le colloque national "Les bassins d’orage" ; disponible sur www.cerema.fr.
  • STU et Agences de l'eau (1994) : Guide technique des bassins de retenue des eaux pluviales ; ed. Tec et Doc de Lavoisier ; Paris ; 275 p.
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