Solution alternative (HU) : Différence entre versions

Version du 23 décembre 2022 à 17:24

Traduction anglaise : Alternative solution, Green infrastructure, Structural BMPs

article en chantier

Dernière mise à jour : 23/12/2022

Terme à utiliser de préférence au terme de technique alternative.

Le choix de ce terme répond au fait que la gestion durable des eaux pluviales urbaines repose sur des solutions qui ne sont pas uniquement techniques. De façon pratique, il est même le plus souvent préférable que la fonction principale des espaces mobilisés pour gérer les eaux pluviales ne soit pas la fonction hydraulique. Il peut s'agir par exemple d'un espace vert, d'un parking, d'une toiture végétalisée, etc. Mettre l'accent sur le côté technique, c'est à dire considérer ces espaces d'abord comme des ouvrages d'assainissement apparaît donc comme totalement contre productif.

Figure 1 : Cette terrasse en bois qui dissimule un massif d'infiltration est d'abord perçu comme un espace de convivialité et il est difficile d'y voir une "technique d'assainissement" ; crédit photo : Bernard Chocat.

Si on doit changer de vocabulaire, il est sans doute souhaitable d'aller plus loin et d'oublier également l'adjectif alternatif qui suppose de fait que ce type de solution ne constitue qu'une alternative au réseau alors qu'il doit devenir la solution de référence, le réseau n'étant utilisé qu'en dernier recours lorsque aucune autre solution n'est possible. Selon que l'on souhaite mettre l'accent sur le côté "végétal" de la solution ou sur le fait que les eaux sont gérées le plus à l'amont possible, nous proposons d'utiliser les termes infrastructures vertes ou solutions à la source.

L'essentiel

Éléments d'historique

Pendant très longtemps les eaux pluviales ont été gérées sans réseau collectif d'évacuation. Les solutions mises en œuvre étaient diverses : mares qui servaient de réserve d'eau dans les fermes, puits d'infiltration (malencontreusement souvent appelés puits perdus) lorsque la capacité d'infiltration des sols le permettait, fossés le long des routes, etc. Mais en France, comme dans de nombreux autres pays, à partir de la fin du XIXème siècle, la doctrine dominante en matière de gestion des eaux pluviales urbaines devient celle du tout à l'égout. L'objectif affiché est alors de faire disparaître le plus vite possible les eaux pluviales de la surface, puis de les évacuer de la ville par un réseau souterrain (voir Assainissement (HU)).

Les bassins de retenue sont bien utilisés lors des travaux de reconstruction d'après-guerre, mais souvent de façon provisoire et palliative. Cependant, dans les années 1960 et au début des années 1970, une autre doctrine commence à se développer, essentiellement pour faire face à des problèmes récurrents de débordements des réseaux d'assainissement. Il ne s'agit plus d'évacuer le plus loin et le plus vite possible les eaux de ruissellement mais au contraire de les retarder et/ou de les infiltrer. On réinvente les solutions anciennes. La réflexion, menée par des ingénieurs, reste cependant principalement technique. Comme ces techniques constituent une alternative au réseau traditionnel de conduites, Jean Claude Deutsch propose le nom de techniques alternatives qui sera largement adopté, même si on parle également parfois de solutions compensatoires (sous-entendu des effets de l'urbanisation). Dès le départ des solutions très variées sont imaginées (STU 1978 ; STU, 1982), mais ce sont surtout les grands bassins de retenue qui sont mis en place, par exemple pour développer les villes nouvelles de Marne la Vallée ou de Saint – Quentin – en - Yvelines

Si en France les techniques alternatives sont principalement développées dans le but de limiter les risques de débordements des réseaux, les motivations sont différentes dans d'autres pays. Aux États Unis en particulier, dès les années 1960, une réflexion est menée pour développer de "meilleures pratiques de gestion" ("Best Management practices" ou "BMPs") dans le but principal de limiter la pollution rejetée lors des périodes de pluie. Les pratiques mises en place peuvent d'ailleurs être structurelles (ce qui correspond assez précisément aux techniques alternatives) mais aussi non structurelles.

Depuis, la réflexion sur la gestion des eaux pluviales urbaines, largement alimentée au niveau national comme au niveau international par les conférences Novatech, a beaucoup évolué de même que le vocabulaire. Si au départ tous les ouvrages installés sur un réseau, même de type unitaire, et assurant une fonction de régulation hydraulique ou de décantation étaient considérés comme des techniques alternatives, ce n'est plus le cas aujourd'hui. On réserve généralement cette appellation aux ouvrages installés sur des réseaux séparatifs pluviaux et évitant autant que possible la mise en place d'un réseau traditionnel, ou du moins limitant son extension (voir le § suivants). Par ailleurs les techniques alternatives ne sont en général plus considérées comme une solution absolue mais plutôt comme l'un des éléments de la réponse à apporter à la question plus générale de la gestion intégrée des eaux pluviale urbaine qui s'inscrit elle même dans une réflexion globale sur les relations entre l'eau et la ville.

Différentes fonctions des solutions alternatives

On considère aujourd'hui que les techniques alternatives doivent remplir trois fonctions techniques principales :

• stocker provisoirement les flux d'eau pour les restituer ensuite (en totalité ou en partie) à débit limité à un exutoire extérieur (cours d'eau ou réseau traditionnel);
• ne pas rejeter dans un réseau tout ou partie des eaux stockées (par exemple en les infiltrant, en les évapotranspirant ou en les rejetant vers un exutoire naturel de surface) ;
• 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 qui y sont adsorbés.

A ces fonctions techniques on associe souvent d'autres fonctions d'usage visant à valoriser les espaces mobilisés par des usages de loisirs ou d’espace public.

Échelle d'utilisation des techniques alternatives

• Les techniques alternatives peuvent être utilisées à toute petite échelle de façon à gérer l'eau de pluie au plus près de l'endroit où elle rejoint le sol, par exemple en l'infiltrant sur place ou en la restituant à faible débit à un exutoire extérieur (réseau ou ruisseau). On parle alors de gestion à la source. Dans ce cas elles peuvent être mises en œuvre de façon isolée, ou sous la forme d'une chaine de traitement (treatment train). Par exemple un réseau de noues transportant l'eau vers un bassin en eau.
• Elles peuvent également être utilisées à l'exutoire d'un système traditionnel de collecte des eaux pluviales par réseau (end of pipe system). Il s'agit principalement de bassins de d'infiltration de grande taille ou éventuellement de bassins de retenue jouant un rôle de stockage provisoire avant un rejet à débit limité vers une rivière.
• Enfin, elles peuvent être utilisées comme composant d'un réseau traditionnel en stockant provisoirement les flux pour les restituer ensuite à débit limité.

L’appellation "technique alternative" est discutable dans ces deux dernier cas puisqu'il s'agit d'ouvrages combinés dans un système traditionnel (tout-tuyau) d'évacuation. Ces ouvrages gardent cependant un grand intérêt et peuvent assurer tout ou partie des fonctions définies précédemment. Voir à ce sujet l'article Bassin de retenue (HU).

Exemple de traitement à la source : noue végétalisée ; crédit photo : Bernard Chocat.

Exemple de traitement à l'exutoire d'un système traditionnel : bassin d'infiltration Django-Reinhart à Chassieu (Est de Lyon) instrumenté dans le cadre de l'OTHU ; crédit photo : OTHU/GRAIE.

Comment distinguer les différentes solutions possibles

Nota : Même si le terme solution fait ici référence à un ouvrage (ou un espace aménagé pour gérer les eaux pluviales) isolé, il est généralement recommandé d’utiliser des enchainements et/ou des combinaisons d'ouvrages.

Ce paragraphe est complémentaire du précédent. Il vise à détailler l’ensemble des critères qui font qu’une solution de gestion des eaux pluviales est objectivement différente d’un autre, et permettre ainsi l'établissement d'un typologie raisonnée.

Nous nous sommes dans un premier temps appuyé sur Chocat & Cherqui (2018) qui ont proposé d'établir cette typologie en considérant trois critères principaux :

• le lieu d'implantation de la solution ;
• son mode de restitution (en lien avec la réglementation) ;
• sa nature technique.

En effet, même si ces critères ne sont pas indépendants (par exemple la nature technique de la solution peut interdire ou au contraire imposer un mode de restitution et/ou un lieu d'implantation), ils permettent cependant d'établir un premier tri. Nous allons les passer en revue successivement en insistant cependant surtout sur la nature technique des solutions qui est le volet posant le plus de difficultés.

Lieu d'implantation

Chocat & Cherqui (2018) ont proposé de distinguer deux sous critères :

• la nature de la surface utilisée : bâtiment, espace aménagé autre qu'un bâtiment (voirie, parking, terrasse, etc.) et espace de pleine terre ;
• la position par rapport à cette surface : sur (à la surface ou au dessus de ), dans et sous.

Comme tous les croisements ne sont pas possibles, ce critère peut prendre sept valeurs possibles (tableau de la figure 5).

Figure 5 : Différents lieux d'implantation possibles ; Source : Chocat & Cherqui (2018).

Chocat et al. (2022), ont proposé de compléter cette typologie des lieux en rajoutant un sous-critère de nature différente et portant sur la domanialité du lieu d'implantation (installation sur le domaine public ou sur le domaine privé). Ce choix détermine en effet les possibilités d’exploitation et d’entretien ainsi que les possibilités d’usages multiples. Trois types d'implantation ont été proposés :

• sur le domaine public et interdit au public ;
• sur le domaine public mais accessible au public ;
• sur le domaine privé.

Mode de restitution et lien avec la réglementation

Le deuxième critère concerne le mode de restitution des eaux. Il peut être abordé de deux façons différentes :

• soit de façon strictement phénoménologique ;
• soit en lien avec la réglementation.

Différents modes de restitution possibles

Le mode de restitution dépend principalement de l'exutoire vers lequel on dirige les eaux. De façon pratique, et si on se limite à la solution proprement dite, cinq exutoires sont possibles à chacun desquels on peut rattacher un mode de restitution :

• infiltration vers le sol ;
• évapotranspiration vers l'atmosphère ;
• évacuation (à débit imposé ou à débit libre) vers un réseau ;
• évacuation (à débit imposé ou à débit libre) vers un milieu aquatique de surface (cours d'eau, lac, mer, etc.) ;
• utilisation humaine (en cas de récupération de l'eau de pluie) et évacuation ultérieure vers un exutoire dépendant de l'usage (arrosage, lavage véhicule, etc.).

Ces différents modes de restitution peuvent bien sur être combinés avec une importance relative dépendant principalement de la nature de la sollicitation pluvieuse (période de l'année, durée, intensité) et de sa sévérité (voir figure 3). Selon la nature technique de l'ouvrage certains modes de restitution pourront être favorisés ou au contraire interdits.

Lien avec la réglementation

De façon directe ou indirecte la réglementation peut imposer ou interdire certains modes de restitution ou contraindre certaines combinaisons de ces modes.

Chocat et al. (2022b) ont recensé 4 familles principales de règles possibles :

• Zéro rejet : Obligation de conserver sur la surface de l'opération d’aménagement la totalité des volumes d'eau produits par toutes les pluies tant que la période de retour est inférieure à une valeur donnée ;
• Débit de fuite imposé : Possibilité de rejeter la totalité des volumes d'eau produits par toutes les pluies (tant que la période de retour est inférieure à une valeur donnée) à condition que le débit de rejet ne dépasse pas une valeur de référence exprimée en valeur absolue (m³/h) ou en valeur spécifique (m³/h/ha) ;
• Abattement volumique : Obligation de conserver sur la surface de l'opération d’aménagement la totalité des volumes d'eau produits par toutes les pluies pour lesquelles la hauteur totale précipitée est inférieure à p mm (ainsi que le volume produit par les p premiers mm pour les pluies plus importantes) ; aucune contrainte sur le débit maximum de rejet ;
• Double vidange : Obligation de conserver sur la surface de l'opération d’aménagement la totalité des volumes d'eau produits par toutes les pluies pour lesquelles la hauteur totale précipitée est inférieure à p mm (ainsi que le volume produit par les p premiers mm pour les pluies plus importantes) ; possibilité de rejeter le volume excédentaire à condition que le débit de rejet ne dépasse pas une valeur de référence exprimée en valeur absolue (m³/h) ou en valeur spécifique (m³/h/ha).

Les quatre familles de règles génériques précédentes peuvent interdire ou au contraire contraindre certains modes de restitution (tableau de la figure 6).

Figure 6 : Modes de restitution en fonction de la réglementation ; (1) : à débit limité pour toutes les pluies ; (2) : sans limite de débit au-delà du volume produit par p mm de pluie ; (3) : à débit limité au-delà du volume produit par p mm de pluie ; (4) : pour évacuer le volume produit par les p premiers mm.

Nota 1 : En plus de ces règles génériques, d'autres règles peuvent interdire totalement ou en partie certains modes de restitution : interdiction de rejeter au réseau, interdiction d'infiltrer, etc.

Nota 2 : La réglementation s'applique à l'ensemble de la solution et non à chacun des ouvrages particuliers qui la constituent (s'il y en a plusieurs) ; par exemple un ouvrage simplement stockant peut parfaitement être utilisé même dans le cas zéro rejet à condition qu'il évacue son eau vers un ouvrage d'infiltration.

Nature technique de la solution

Le troisième critère concerne la nature technique de la solution. C'est celui pour lequel la part de subjectivité est la plus importante. Différents sous-critères peuvent être utilisés pour distinguer les solutions entre elles (voir en particulier Chocat & Cherqui, 2018 et Chocat et al., 2022), dépendant principalement de deux éléments : comment les solutions fonctionnent-elles ? à quoi ressemblent-elles ?

Quelles sont les fonctions hydrologiques assurées par la solution ?

Sur le plan hydrologique, les solutions possibles reposent sur deux principes complémentaires :

• Réduire les volumes évacués vers l’aval et les masses de polluants associés, en particulier en favorisant l’infiltration et l’évapotranspiration ;
• Ralentir le transfert vers l’aval de façon à étaler les pointes de débit et à participer à diminuer les concentrations de certains polluants (ralentissement souvent obtenu par un stockage temporaire de l’eau).

De plus elles peuvent également permettre (ou pas) de transférer une partie de l’eau vers un exutoire de surface ou vers un réseau plus ou moins éloigné de l’aménagement.

En combinant ces trois caractéristiques, il est possible de concevoir des ouvrages différents assurant des fonctions hydrologiques multiples :

• Infiltration et/ou évapotranspiration sans stockage intermédiaire et sans aucun transport ;
• Stockage temporaire local, sans infiltration, sans évapotranspiration et sans transport ;
• Infiltration et/ou évapotranspiration associée à un stockage temporaire intermédiaire, mais sans transport ;
• Stockage temporaire et transport de l’eau vers l’aval sans infiltration ni évapotranspiration ;
• Stockage provisoire, infiltration et/ou évapotranspiration et transport de l’excédent vers l’aval.

Cette classification se recoupe avec celle des modes de restitution et nous proposons de ne conserver que deux valeurs à ce sous-critère : assure un transport de l'eau / n'assure pas de transport de l'eau.

Quel est l’aspect de la solution ?

L’aspect de la solution dépend principalement du fait que l’eau soit visible ou non et que les espaces soient végétalisés ou non. Il convient donc de préciser :

• La façon dont la solution est implantée :
  • en surface avec mise en scène de l’eau (présence plus ou moins permanente et/ou éléments de rappel) ;
  • en surface, sans référence visible à la présence de l’eau ;
  • dans le sol ou peu visible.
• La façon dont la solution est végétalisée :
  • totalement végétalisée (solution verte) ;
  • en partie végétalisée (solution hybride) ;
  • non végétalisée (solution grise).

Cette classification se recoupe en partie avec celle des lieux d'implantation. Nous avons donc choisi de diviser ce sous-critères en deux, en retenant à chaque fois deux valeurs possibles

• solution verte (végétalisable) / solution grise ;
• stockage de l'eau en surface (visible) / stockage de l'eau dans le substrat ou dans le corps de la structure (eau invisible).

Familles de solutions retenues

Finalement, en considérant les critères principaux suivants :

• lieu du stockage (en surface ou dans le substrat) ;
• modes de restitution possibles (infiltration, évapotranspiration, évacuation, utilisation) ;
• type de solution (verte ou grise) ;
• capacité de la solution à transporter l'eau d'un point à un autre (oui / non).

Nous avons retenu 11 familles de solutions auxquelles nous avons associé un terme principal. A chacun de ces termes principaux est associé une liste de termes dits connexes qui sont soit des synonymes susceptibles d'être utilisés à la place du terme principal, soit des ouvrages présentant des similarités mais correspondant à des conceptions plus spécifiques.

Nota : Comme indiqué plus haut il ne s'agit pas de figer le vocabulaire mais de fournir une clé de présentation homogène, le terme principal est simplement celui que nous avons considéré comme le terme le plus générique et/ou le plus utilisé ; ce choix peut être différent selon les régions ou selon les acteurs.

Ces 11 familles de solution sont présentées rapidement ci-dessous par ordre alphabétique. Une présentation détaillée en est faite dans un article spécifique référencé sous le nom du terme principal. Un article plus court et renvoyant au terme principal est associé à chacun des termes connexes.

Bassin de retenue

Dispositif étanche ou non destiné à stocker temporairement les eaux de pluie avant de les restituer au milieu récepteur ou au réseau aval dans des conditions acceptables par ce dernier. La restitution peut se faire vers un exutoire de surface (à débit limité ou non) et/ou par infiltration (bassin d’infiltration) ; l’ouvrage peut être en surface ou enterré. Les bassins de surface peuvent être secs (bassins secs) ou conserver une lame d’eau permanente (bassins en eau).

Termes connexes : bassin de stockage-restitution, bassin de rétention, bassin d’infiltration, bassin en eau, bassin sec, Bassin enterré.

Voir : Bassin de retenue (HU)

Citerne

Dispositif permettant le stockage de l'eau de pluie. Il s’agit d’un ouvrage, généralement préfabriqué, qui peut avoir deux fonctions différentes qui peuvent être conciliées :

• récupérer de l'eau de pluie pour l'utiliser ultérieurement ;
• stocker temporairement une partie des eaux pluviales et les restituer progressivement au milieu naturel ou au réseau, soit par un dispositif à débit contrôlé, soit par infiltration dans le sol, soit en utilisant les deux possibilités.

Voir : Citerne (HU) ; Termes connexes : Cuve, Microstockage.

Massif enterré

Dispositif ponctuel permettent le stockage provisoire de l'eau dans une couche de matériaux de quelques dizaines de centimètres d'épaisseur (graviers, concassé ou tout autre matériau perméable ayant une grande quantité de vides interstitiels) située sous la surface du sol. La restitution de l’eau stockée se fait généralement par infiltration vers la nappe, éventuellement à débit contrôlé vers un exutoire aval, mais également par évapotranspiration, ce qui les distingue des structures réservoirs.

Voir : massif enterré ; Termes connexes : Massif terre-pierre, Tranchée de Stockholm, Arbre de pluie, Jardinière, Massif végétalisé, Massif filtrant.

Noue

Fossé large et peu profond, généralement végétalisé, susceptible de stocker, et/ou de transporter et/ou d’infiltrer les eaux de pluie en surface. Les noues se distinguent des stockage en surface par leur aspect linéaire et par le fait qu’elles peuvent jouer un rôle de transport de l’eau d’un point vers un autre.

Voir : Noue (HU) ; Termes connexes : Saillie, Fossé

Puits de stockage ou d’infiltration

Ouvrage ponctuel et profond creusé dans le sol et capable de stocker provisoirement des eaux pluviales et de les infiltrer. On peut distinguer :

• les puits préfabriqués constitués d’une canalisation, perméable (matériau poreux ou perforé) ou non selon le mode de restitution, de forme circulaire, de diamètre compris entre 80 centimètres et 2 mètres et enterrée verticalement dans le sol.
• les puits comblés qui sont des ouvrages de forme quelconque creusés dans le sol et remplis de matériaux granulaires (cailloux, galets) ou d’une structure alvéolaire ultralégère. Le matériau de remplissage a pour fonction d’assurer la stabilité de l’ouvrage.

Le puits peut être complété par un stockage en surface, on parle alors de puits composé.

Voir : Puits de stockage et d'infiltration (HU) ; Termes connexes : Puits de rétention-infiltration, Puits filtrant, Puits perdu, Puisard.

Revêtement perméable

Revêtement qui permet l'infiltration immédiate de l'eau de pluie à travers sa structure. Les matériaux utilisés ne sont pas eux-mêmes obligatoirement poreux. Ils peuvent permettre l'écoulement de l'eau de pluie par des réservations prévues dans le matériau. Un revêtement perméable se distingue d’une structure réservoir par l’absence d'un stockage important dans le corps du matériau. En cas d’absence de structure réservoir sous-jacente, et si la capacité d’infiltration du sol support est insuffisante, le stockage se fait essentiellement en surface.

Voir : Revêtement perméable (HU) ; Termes connexes : Revêtement poreux, Revêtement drainant.

Stockage en surface

Adaptation de la topographie d’un espace urbain, compatible avec son usage habituel, et permettant de stocker l’eau sur une très faible profondeur (quelques dizaines de centimètres au maximum), réalisé sans terrassements importants et sans digue. Le stockage s'effectue au dessus du niveau du sol et la restitution se fait soit à débit limité vers le réseau ou vers un milieu de surface, soit par infiltration, soit les deux.

Voir : Stockage en surface (HU) ; Termes connexes : Dépression, Jardin inondable, Jardin de pluie, Espace inondable.

Structure réservoir

Ouvrage constitué par le corps ou l'assise d’un constituant de l’espace public (ou éventuellement d'un espace privé) (chaussée, trottoir, aire de stationnement, piste cyclable, place, etc.), réalisé avec un matériau présentant un fort indice de vide capable de stocker temporairement l’eau de pluie. Celle-ci est ensuite restituée localement (sans transport) à débit limité, soit dans un exutoire de surface, soit dans le sous-sol par infiltration, soit les deux, mais sans évapotranspiration. L’alimentation peut se faire par la surface (à travers un revêtement perméable) ou par des drains.

Voir : Structure réservoir (HU)Termes connexes : Chaussée à structure réservoir.

Toiture stockante

Toiture équipée pour stocker temporairement les eaux pluviales et les restituer à l’aval à débit limité et/ou pour en intercepter une partie (qui sera ultérieurement évaporée).

Voir : Toiture stockante (HU) ; Termes connexes : Toit stockant

Toiture végétalisée

Toiture couverte d’un substrat support de végétation dans lequel s'effectue le stockage. Il existe différents types de toitures végétalisées en fonction de l'épaisseur du substrat, de la présence ou non d'une réserve d'eau sous le substrat et de la présence ou non d'un dispositif de contrôle du débit évacué, le tout en cohérence avec le type de végétation. La restitution peut se faire soit entièrement par évapotranspiration, soit en partie par évapotranspiration et en partie vers un exutoire aval (à débit régulé ou non).

Voir : Toiture végétalisée (HU) ; Termes connexes : Toiture zéro rejet

Tranchée de stockage ou d'infiltration

Ouvrage linéaire creusé dans le sol et capable de stocker provisoirement des eaux pluviales, de les transporter vers l'aval et/ou de les infiltrer. Il est possible d’installer une tranchée sous une noue (on parle alors de tranchée composée). Une tranchée se distingue d’un massif enterré ou d’un puits par sa forme linéaire et par le fait qu’elle peut transporter l’eau d’un point à un autre.

Voir : Tranchée de stockage et d'infiltration des eaux pluviales (HU) ; Termes connexes : Tranchée de rétention/infiltration ; tranchée filtrante ; tranchée de Stockholm.

Synthèse sur les familles de solutions

Le tableau de la figure 7 récapitule les valeurs prises par les différents critères pour les 11 familles de solutions retenues.

Figure 7 : Éléments de classification des différentes solutions en fonction des critères retenus ; (***) : Obligatoire ; (**) : Préférentiel ; (*) : Possible.

Ce tableau montre que pour la plupart des solutions techniques le nom seul est insuffisant pour spécifier la solution retenue. Il est indispensable de lui rajouter des qualificatifs complémentaires précisant en particulier :

• le mode de restitution ;
• la localisation ;
• le caractère plus ou moins végétalisé.

Échelle d'utilisation

Lieu d'implantation

Mode de restitution et lien avec la réglementation

Nature technique de la solution

Critères de choix de la solution

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Pour en savoir plus

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