Méthodes de dimensionnement des ouvrages de stockage (HU) : Différence entre versions

Version du 28 décembre 2022 à 18:35

Traduction anglaise : Design méthods for storage facilities

article en chantier

Dernière mise à jour : 28/12/2022

Cet article fait partie de toute une série d'articles traitant des solutions durables de gestion des eaux pluviales urbaines, comprenant en particulier trois articles de portée générale :

• l'article "Solutions de gestion durable des eaux pluviales urbaines (HU)" qui constitue un texte introductif visant à préciser le vocabulaire utilisé dans le domaine de la gestion des eaux pluviales, et tout particulièrement celui que l'on associe à leur gestion durable ;
• l'article "Solution alternative (HU)" qui s'attache à présenter les différentes solutions possibles et la façon de les distinguer et de les choisir ;
• cet article qui a pour objectif de présenter les différentes méthodes de conception des ouvrages hydrauliques de stockage (bassins de retenue et solutions alternatives) et de donner les éléments permettant de choisir la méthode de dimensionnement la mieux adaptée en fonction du problème à traiter.

L'essentiel

Diversité des contextes

Les ouvrages de stockage peuvent prendre des formes très diverses dans les systèmes d'assainissement et en particulier dans les systèmes de gestion des eaux pluviales urbaines : diversité des aspects, des lieux d'implantation, des volumes concernés et des objectifs poursuivis. Dans tous les cas, leur fonction principale est de fournir un volume tampon permettant de stocker l'excédent d'eau lorsque la capacité d'évacuation est inférieure aux entrées.

L'évacuation peut continuer à se faire en totalité dans le système d'assainissement traditionnel, dans ce cas la fonction hydraulique de l'ouvrage est simplement de diminuer les pointes de débit à l'aval et de ralentir les écoulements. A l'opposé, elle peut se faire vers un autre exutoire, le plus souvent le sol par infiltration ; dans ce cas l'ouvrage permet également de diminuer les volumes s'écoulant dans le système d'assainissement. Elle peut aussi se faire en partie vers le réseau d'assainissement et en partie vers un autre exutoire. Dans tous les cas le fait de stocker momentanément l'eau, et donc de diminuer fortement les vitesses d'écoulement, permet une décantation plus ou moins importante et donc un piégeage au moins provisoire des polluants liés aux matières déposées. Ce piégeage des polluants et encore plus efficace si l'eau est infiltrée ou évapotranspirée.

De façon pratique, il est possible de distinguer trois modes principaux d'introduction des ouvrages de stockage dans les réseaux : le plus à l'amont possible (gestion à la source), dans un ouvrage de plus grande taille servant d'exutoire (ouvrage centralisé situé "au bout du tuyau"), à l'intérieur du réseau. Les spécificités de chacun de ces modes sont présentées dans les § suivants.

Gestion à la source

La gestion à la source consiste à mettre en place des solutions de gestion de l'eau de pluie au plus près de l'endroit où les gouttes atteignent le sol. Les solutions possibles sont extrêmement variées : stockage en surface, noues, tranchées, revêtement perméables, toitures stockantes et/ou végétalisées, etc. (voir Solution alternative (HU)). La difficulté principale consiste à intégrer la solution dans l'aménagement. En effet, dans la plupart des cas il ne s'agit pas d'ouvrages dédiés mais d'espaces adaptés pour remplir leur fonction de stockage provisoire des eaux pluviales en plus de leur fonction urbaine principale. Les problèmes posés par leur conception vont donc bien au delà de leur simple dimensionnement hydraulique : le choix de la nature, de la position et de l'aspect des solutions doit être effectué en lien avec le travail sur le plan masse et la topographie. Les solutions doivent cependant être correctement dimensionnées pour éviter des dysfonctionnements ultérieurs susceptibles de nuire à leur acceptation, et donc à leur entretien correct, par les riverains.

Ouvrage centralisé (au bout du tuyau)

Les ouvrages centralisés ont été les premiers mis en place lors du retour en grâce des techniques alternatives dans la deuxième moitié du XXème siècle. Dans la plupart des cas il s'est agi de grands bassins de retenue, parfois au moins partiellement en eau, et construits à l'exutoire de bassins versants de plusieurs centaines, voire plusieurs milliers d'hectares, drainés par un réseau strictement pluvial. Leur exutoire était alors le sol et la nappe phréatique (cas des grands bassins d'infiltration de la Métropole de Lyon) ou de petits cours d'eau existant avec un débit de vidange régulé (bassins de retenue de Marne la Vallée ou de l'Isle-d'Abeau). Cette solution constitue également depuis près d'un demi-siècle la solution de base pour gérer les eaux de ruissellement des plates-formes routières et autoroutières avec probablement des milliers de réalisations rien que sur le territoire métropolitain. De tels ouvrages continuent d'être construits dans le cadre d'aménagements urbains, avec des exigences de plus en plus sévères concernant leur intégration paysagère, voire la réflexion sur les usages multiples des espaces mobilisés. Du fait de leur fonction et de leur position, ces ouvrages doivent être capables de faire face à toutes les sollicitations pluvieuses, y compris les plus sévères.

Ouvrage de stockage en réseau

Les ouvrages de stockage en réseau ont été imaginés pour soulager les parties aval des réseaux et diminuer ainsi la fréquence et la gravité des inondations dus à leurs débordements. Ultérieurement d'autres objectifs sont apparus, en particulier la volonté de limiter la fréquence et l'importance des rejets de temps de pluie par les déversoirs d'orage. Selon le cas l'ouvrage doit être capable de faire face à des sollicitations plus ou moins sévères. La contrainte principale de conception de ce type d'ouvrage consiste à trouver l'espace nécessaire dans un milieu urbain extrêmement contraint. Beaucoup de ces ouvrages sont ainsi des bassins enterrés, aux dimensions parfois gigantesques.

Fonctions possibles : limitation risque débordement, limitation rejets par les déversoirs d'orage ; contraintes d'installation et de maintenance ; etc. renvoi vers articles ad hoc

Diversité des objectifs du dimensionnement

Principes de base

Diversité des objectifs

Niveau de service à atteindre en fonction de la sévérité de la solliciation pluvieuse

Dimensionnement hydraulique

dimensionnement pour la fonction lutte contre les inondations

Dimensionnement en termes de piégeage des polluants

dimensionnement pour la fonction diminution des flux de polluants rejetés ; différents critères possibles (effet chronique : masse annuelle ; effet de choc : masse événementielle pour événements rares ; fréquence de rejets sur une période donnée)

Contraintes réglementaires possibles

Différentes obligations possibles (débit de vidange max imposé, obligation conserver p premiers mm; aucun rejet pour période de retour donné, etc.) ;

Choix des niveaux de protection en lien avec les niveaux de sollicitation pluvieuse

Données à connaître

Coefficient d'apport et surface active

Capacité d'infiltration

Données pluviométriques et climatiques

Espace disponible et objectifs d'implantation

Éléments de conception des ouvrages

Grandeurs à déterminer vis à vis du fonctionnement hydrologique

Différents dispositifs de restitution : infiltration, évapotranspiration, dispositifs à débit limité, dispositifs hydrauliques. Différentes grandeurs à déterminer : Volume total et volume de réserve, débit de restitution, durée en eau et temps de vidange, position systèmes de vidange, ... ; Liens avec les dimensions géométriques ; obligation de déterminer toutes les grandeurs en même temps.

Méthodes utilisables et critères de choix de la méthode

Utilisation de statistiques de pluie

Méthode des pluies

Méthode des volumes

Méthodes de simulation hydrologique

Critères de choix

Méthodes de conception et/ou méthodes de vérification et/ou méthode d'aide à la conception géométrique Tableau d'aide au choix en fonction de la nature du problème, des enjeux et la phase d'étude.

Autres éléments de conception à prendre en compte

Outils disponibles

Méthodes de conception et/ou méthodes de vérification et/ou méthode d'aide à la conception géométrique Tableau d'aide au choix en fonction de la nature du problème, des enjeux et la phase d'étude. Renvoi vers les outils gratuits d'aide au choix et d'aide à la conception : FAVEUR, OASIS, PARAPLUIE, URBIS : présentation domaine d'application et modalités utilisation.