Citerne (HU) : Différence entre versions

Version du 1 mars 2023 à 16:44

Traduction anglaise : tank

mot en chantier

Dernière mise à jour : 01/03/2023

En hydrologie urbaine, on utilise ce terme pour désigner un dispositif permettant le stockage provisoire de l'eau de pluie, éventuellement dans le but de l'utiliser ultérieurement ; on utilise indifféremment citerne ou cuve (figure 1).

Figure 1 : Exemple de citerne de récupération des eaux de pluie semi-enterrée ; crédit photo Adopta.

Nota : Nous traiterons également dans cet article le cas des microstockages, par exemple utilisant des structures alvéolaires ultra légères (SAULs) qui n'ont généralement pas de fonction de récupération des eaux de pluie, mais dont le fonctionnement est très voisin en termes de gestion des eaux pluviales.

Les ouvrages de ce type font partie des solutions alternatives de gestion des eaux pluviales.

Généralités

Principes et variantes

Une cuve ou une citerne est un ouvrage, généralement préfabriqué, qui peut avoir deux fonctions différentes et pas toujours compatibles :

• récupérer de l'eau de pluie pour l'utiliser ultérieurement (voir Récup-utilisation de l'eau de pluie (HU)) ;
• gérer une partie des eaux pluviales produites par la parcelle de façon à limiter leur rejet à l'aval pendant la période pluvieuse (voir Solutions de gestion durable des eaux pluviales urbaines (HU)).

Principaux types de citernes

En fonction des usages envisagés, il existe trois types principaux de citernes (figure 2) :

• les citernes de stockage provisoire : il s'agit de citernes simples, avec un seul dispositif de vidange situé au fond de l'ouvrage (indépendamment d’un trop plein à la partie supérieure) ; ce dispositif permet de réguler le débit sortant et il est ouvert en permanence ; ces citernes ont uniquement une fonction de contrôle des rejets ; la totalité de leur volume est disponible pour le stockage provisoire de l'eau de pluie ;
• les citernes de récupération : il s'agit également de citernes simples, avec un seul dispositif de vidange situé au fond de l'ouvrage ; comme l'objectif est de récupérer l’eau de pluie pour son utilisation ultérieure, le dispositif de vidange est fermé en permanence, en dehors des périodes de soutirage ; ces ouvrages ne disposent d’un volume utile disponible pour le stockage provisoire que dans la mesure où elles ont été vidées, au moins en partie, avant la pluie ;
• les citernes à double fonction : il s'agit de citernes plus élaborées, disposant de deux dispositifs distincts de vidange, l'un situé au fond, normalement fermé et permettant le soutirage de l'eau, le second, toujours ouvert et permettant de réguler le débit sortant à une valeur donnée ; ces ouvrages séparent donc le volume utile en deux parties : un volume de réserve contrôlé par l’utilisateur dans leur partie basse et un volume disponible pour le stockage provisoire dans leur partie haute.

Figure 2 : Citerne de stockage provisoire (à gauche), citerne à double fonction (au milieu) et citerne de récupération (à droite) ; Les citernes simples (avec une seule vidange de fond), selon qu'elles fonctionnent avec une vidange de fond fermée ou ouverte, peuvent être utilisées, soit pour récupérer l'eau de pluie, elles ne jouent alors qu'un rôle mineur dans la gestion des eaux pluviales, soit comme dispositif de contrôle du débit ; les citernes à double fonction permettent d'atteindre simultanément les deux objectifs.

Nota : Certaines citernes peuvent éventuellement être infiltrantes (ouvrages avec des perforations ou en béton poreux par exemple) ; elles n'ont alors plus de fonction de récupération des eaux de pluie.

Ouvrages assimilables aux citernes

Il existe d'autres ouvrages, parfois regroupés sous le terme de micro-stockages et qui peuvent être assimilés à des citernes du fait de leur taille réduite même s'ils n'ont aucune fonction de récupération directe de l'eau de pluie. Il s'agit soit d'ouvrages coulés en place, soit d'ouvrages réalisés en utilisant des structures alvéolaires ultra-légères (SAULs).

Nota : Ces ouvrages peuvent également être considérés soit comme de petits bassins de retenue, soit comme des structures réservoirs

Il s'agit principalement d'ouvrages enterrés et éventuellement infiltrants (voir figure 3). Les ouvrages de ce type joue donc principalement un rôle de solution alternative de gestion des eaux pluviales. Ils peuvent cependant jouer un rôle écologique et environnemental très important, par exemple en valorisant l'eau pour la ré-humidification des sols, l'alimentation de la végétation et la recharge des nappes.

Figure 3 : Une cuve enterrée infiltrante permet de récupérer l'eau de pluie pour la végétation en libérant l'eau provisoirement stockée de façon lente (en 2 ou 3 jours) dans le sol.

Historique

La récupération de l'eau de pluie dans des cuves ou des citernes est très ancienne partout dans le monde et a même parfois constitué la principale ressource en eau (voir article wikipédia). Les quantités susceptibles d'être récoltées sont très importantes. A titre d'exemple, en France métropolitaine, une toiture de 100 m², reçoit en moyenne 800 mm d'eau par an et pourrait donc théoriquement fournir 80 m³ sur cette durée, quantité suffisante pour un ménage de deux personnes.

Pourtant, en Europe de l'ouest, et en particulier en France, sous la pression du mouvement hygiéniste, cette pratique se restreint progressivement au cours du XXème siècle. Si elle perdure dans les zones rurales, principalement pour les besoins d'arrosage, elle disparait quasiment des zones urbaines (voir La ville et son assainissement (HU)).

Ce type de dispositifs reste cependant largement utilisé dans beaucoup de pays où la ressource est rare. En France, il recommence à susciter de l'intérêt à partir des années 1980, à la fois dans une volonté d'économie pour les usagers et dans le souhait de mieux gérer les eaux pluviales pour les collectivités. La puissance publique commence également à s'intéresser au sujet. Par exemple, le Plan Construction et Architecture lance, en 1993, un appel d'offres qui permet de soutenir 13 opérations de ce type (voir article wikipédia). A la fin du XXème siècle, la position de l’État et de ses services décentralisés (DDASS) reste cependant peu claire avec des débats importants entre les différents Ministères. Malgré tout le marché des cuves et des citernes commence à se développer. En 2004, dans le but de dégager une position nationale, la Direction de la Santé (DGS) saisit le Conseil Supérieur d’Hygiène Publique de France (CSHPF). Le groupe d'experts mis en place à cette occasion pour étudier "les enjeux sanitaires liés à l’utilisation d’eau de pluie pour des usages domestiques" a du mal à dégager une position consensuelle. Finalement, dans son avis publié le 5 septembre 2006, le CSHPF préconise de limiter, sauf exception, l'usage des eaux pluviales récupérées à des usages extérieurs en fondant son raisonnement principalement sur les risques d'interconnexions entre les réseaux dans le cas d'un usage à l'intérieur des bâtiments. Comme les usages extérieurs ne représentent qu'une très faible partie (entre 5 et 10%) des quantités d'eau potable consommée, cet avis est bien sûr compris comme très restrictif par beaucoup d'associations et d'élus.

Cet avis ne clôt cependant pas les débats entre les Ministères. Promulguée le 30 décembre 2006, la Loi sur l’eau et les milieux aquatiques (LEMA) défend une position différente. En particulier, l'article 49 encourage la récupération des eaux de pluie en modifiant le Code général des impôts de façon à étendre le crédit d’impôt destiné aux habitations principales aux "travaux de récupération et de traitement des eaux pluviales".

Un premier arrêté, très restrictif et conforme à l’avis du CSHPF, est publié en mai 2007. Cet arrêté suscite de fortes réclamations auprès du gouvernement, en particulier de la part des députés à l’origine de l’article 49 de la LEMA, lesquels estiment que l’esprit de cet article implique l’extension à certains usages intérieurs (De Gouvello et Deutsch, 2009). Finalement un second arrêté est publié le 21 août 2008, précisant les possibilités d’utilisation de l’eau de pluie à l’intérieur des bâtiments (figure 4). Sous l'effet du crédit d’impôt, de la clarification des règles et aussi des politiques d'incitation de nombreuses collectivités, le marché explose.

Figure 4 : Usages possibles et réglementations applicables selon l'origine de l'eau collectée ; Source : De Gouvello et al., 2015

En effet, beaucoup de collectivités encouragent la récupération des eaux pluviales, d'une part pour réduire la consommation d'eau potable et d'autre part pour maîtriser les ruissellements (même si la poursuite simultanée de ces deux objectifs peut poser des problèmes). Les actions mises en place sont diverses : opérations pilotes, plaquettes d'information, mais également subventions. Le fait que des collectivités puissent subventionner des citernes visant à maîtriser le ruissellement, fournit d'ailleurs un argument un peu spécieux au Ministère des Finances pour exclure les cuves à double fonction, pourtant les plus utiles au bien public, du régime de crédit d’impôt !

Le tableau de la figure 5, extrait de (De Gouvello et Deutsch, 2009), fournit quelques exemples d'outils incitatifs utilisés en fonction des motivations des collectivités.

Figure 5 : Positionnement des politiques incitatives de quelques collectivités territoriales ; Source : De Gouvello et Deutsch, 2009.

En 2015, l'ASTEE publie un guide technique qui fait le point sur les modalités pratiques d'utilisation des citernes (De Gouvello et al., 2015).

Aujourd'hui les cuves et les citernes sont largement utilisées et l'enjeu principal consiste à les mettre en œuvre de la façon la plus efficace possible pour économiser une ressource que l'on perçoit comme de plus en plus rare, mais également pour mieux maîtriser les ruissellements urbains.

Fonctions et co-bénéfices

De façon évidente l'intérêt principal des citernes est leur capacité à remplir simultanément deux fonctions différentes et complémentaires :

• optimiser la gestion des ressources en eau en récupérant l'eau de pluie de façon à l'utiliser pour des usages ne nécessitant pas une eau destinée à la consommation humaine, ce qui est à la fois bon pour l'usager qui fait des économies et bon pour la collectivité ;
• diminuer le ruissellement en interceptant une partie des eaux pluviales produites par la parcelle.

La mise en œuvre simultanée de ces deux fonctions n'est cependant pas évidente.

• D'une part le volume des citernes utilisés par les particuliers est souvent trop faible pour jouer un rôle réellement efficace en termes de maîtrise du ruissellement ; par exemple, une cuve récupérant l'eau produite par une toiture de 100 m² devrait avoir une volume utile de stockage disponible au début de l'événement de 1 m³ pour stocker le volume produit par les 10 premiers mm de pluie et de 4 à 6 m³ pour contrôler une pluie de période de retour décennale à Lyon.
• D'autre part rien ne garantit que le volume total de la citerne sera disponible au début de la pluie ; pour ceci il est nécessaire que la cuve soit au moins en partie vide (ce qui est généralement vrai dans le cas d'une citerne à double fonction).

Sur ce sujet, voir également : Récup-utilisation de l'eau de pluie (HU).

Conception

Conception générale

Le marché des citernes est aujourd'hui très mature et il est possible de choisir parmi un très grand nombre de modèles, souples ou rigides, utilisant des matériaux très variés et présentant également des formes diverses. Au delà du choix du volume que nous discuterons dans le paragraphe "Principes de dimensionnement et choix des dimensions", deux questions importantes doivent être posées pour choisir le modèle le mieux adapté : celle de la localisation de la citerne et celle de son (ou de ses) mode(s) de vidange.

Localisation de la citerne

Même s'il est possible de récupérer dans une citerne des eaux provenant de toute surface (voir figure 4), les eaux de pluie qui font l'objet de l'arrêté de 2008 sont exclusivement des eaux de pluie récupérées en aval de toitures inaccessibles. Les citernes sont donc le plus souvent positionnées de façon à récupérer les eaux provenant de ce type de surface.

Citerne posée sur le sol

La solution la plus simple est la plus souvent employée consiste à poser la citerne en extérieur, sur le sol, à proximité immédiate du bâtiment dont on souhaite exploiter la toiture, de façon à pouvoir l'alimenter directement avec l'eau provenant de la gouttière. Tous les modèles proposés dans les magasins de bricolage comprennent un kit de branchement permettant ce type d'installation. Cette solution permet également une utilisation simple, par gravité, de l'eau stockée dans la citerne pour tous les usages extérieurs. Il est d'ailleurs possible de surélever un peu la cuve de façon à faciliter le soutirage (figure 6).

Figure 6 : Exemple de citerne sur le sol ; Source : Direction de l'eau, Grand Lyon Métropole.

Cette solution est un peu plus compliquée à mettre en œuvre dans le cas d'une citerne à double fonction pour laquelle il faut prévoir la récupération et l'évacuation vers un exutoire (ou vers un autre ouvrage, par exemple d'infiltration) de l'eau provenant du dispositif de vidange à débit régulé, situé plus ou moins haut par rapport au sol.

Quel que soit le type d'ouvrage, une attention particulière doit être accordée à la destination des eaux provenant du trop plein pour éviter des ruissellements intempestifs, voir des érosions rapides du sol.

Citerne enterrée

Une solution plus discrète consiste à enterrer la citerne en totalité ou en partie (figure 1). Outre l'aspect esthétique, cette solution présente deux intérêts importants :

• elle permet de protéger la citerne contre les risques de gel ;
• elle facilite l'évacuation des eaux provenant du dispositif à débit régulé dans le cas d'une citerne à double fonction (ou d'une citerne uniquement destinée à la maîtrise du ruissellement), ainsi que de celles provenant du trop plein ; il est en effet possible de récupérer ces eaux dans une conduite enterrée, ou de façon plus écologique dans une tranchée ou dans une noue. Il est également possible d'évacuer directement ces eaux par infiltration dans le sol support (figure 2).

Figure 7 : Exemple de citerne enterrée susceptible d'être exploitée par pompage ou par un puits traditionnel ; Source : Direction de l'eau, Grand Lyon Métropole.

L'inconvénient est bien évidemment que l'exploitation de l'eau ainsi stockée ne peut alors se faire de façon gravitaire et nécessite généralement un pompage même si elle peut également être exploitée par un puits traditionnel (figure 7).

Citerne intégrée dans le bâtiment

Une troisième famille de solution consiste à intégrer la citerne à l'intérieur du bâtiment, généralement dans les combles (figure 8).

Figure 8 : Exemple de citerne intégrée dans un bâtiment.

Une installation de la cuve dans les combles ou sous la toiture constitue la solution la plus favorable pour desservir un immeuble ou l’intérieur d’une maison. Le fait de placer la cuve ou la citerne dans le bâtiment ne peut être justifié que par la volonté de conserver une partie de l’eau pour l’utiliser à l’intérieur du bâtiment. L’eau reçue par la toiture peut être acheminée gravitairement dans la citerne. L’eau du volume de réserve peut également être distribuée gravitairement dans tout le bâtiment.

En revanche il faut prévoir un volume pour installer l’ouvrage ainsi qu'une double réseau de distribution (actuellement l'utilisation de l'eau de pluie n'est autorisée que pour alimenter les chasses d'eau et à titre expérimental pour les machines à laver le linge). Le coût de l'installation est important et le retour sur investissement n'est pas garanti (même s'il y a beaucoup d'incertitude sur l'évolution du coût de l'eau distribuée par les réseaux publics).

Nota : Un cas particulier consiste à installer la citerne sous le bâtiment ; cette solution devient de plus en plus facile à mettre en œuvre du fait la diminution généralisée du nombre de places de stationnement imposées par appartement, laquelle libère de l'espace dans les sous-sols des bâtiments. Elle nécessite un pompage pour utiliser l'eau stockée.

Citerne posée sur la toiture

Une dernière possibilité consiste à installer la citerne sur le toit des bâtiments. Cette solution est facile à mettre en œuvre dans le cas des toitures terrasses. Elle permet de distribuer l'eau de façon gravitaire dans l'immeuble mais nécessite un pompage pour remplir la cuve. Dans certains pays ce type de stockage est souvent associé à un chauffe-eau solaire, ce qui permet d'alimenter les douches en eau chaude. Rappelons cependant qu'en France l'eau de pluie ne peut être utilisée en intérieur que pour l'alimentation des chasses d’eau, le lavage des sols et le lavage du linge. Enfin, même si le risque est faible, une attention particulière doit être portée à la résistance mécanique de la toiture pour éviter les accidents (voir par exemple https://www.djazairess.com/fr/lqo/5114088).

Mode de vidange

Les modalités pratiques de vidange de la citerne dépendent bien évidemment principalement de sa nature. Dans le cas d'une citerne uniquement destinée au contrôle des eaux pluviales ou de la partie hors-réserve d'une citerne à double fonction, la vidange se fait le plus souvent à débit limité vers un ouvrage aval (ouvrage d'infiltration ou réseau). L'infiltration directe par le fond ou les parois de la citerne est également possible si la citerne est enterrée.

Le volume correspondant à la réserve va pour sa part être progressivement utilisé pour les usages prévus, libérant ainsi un volume utilisable pour l'événement pluvieux suivant. Comme déjà indiqué, l'intérêt du particulier est plutôt de maintenir sa citerne la plus pleine possible alors que l'intérêt de la collectivité est que le volume disponible pour le stockage soit maximum au début de chaque événement. Pour gérer ce conflit d'usage trois solutions sont possibles :

• compter sur les statistiques et espérer que la durée de temps sec entre deux événements consécutifs sera suffisante, en moyenne, pour permettre à l'ouvrage de jouer un rôle dans le contrôle du ruissellement ;
• compter sur la bonne volonté de l'utilisateur et lui demander de vider sa cuve lorsqu'un événement pluvieux est prévu dans les jours ou les heures à venir ;
• compter sur le progrès technique et la mise en place de dispositifs "intelligents" permettant la vidange automatique des citernes avant les événements pluvieux.

Dans l'état actuel des choses, la meilleure solution semble être de privilégier les cuves à double fonction.

Principes de dimensionnement et choix des dimensions

Le dimensionnement d'une citerne nécessite de répondre à deux questions de nature très différente mais néanmoins liées :

• Quel est le volume de réserve nécessaire en fonction des usages envisagés ?
• Quel est le volume nécessaire pour atteindre le niveau de service exigé en termes de contrôle du ruissellement ?

Nous traiterons d'abord ces deux questions de façon séparée avant de fournir quelques informations sur la façon de les intégrer.

Comment évaluer le volume de réserve nécessaire en fonction des usages souhaités ?

Le volume de la réserve à constituer dépend des usages souhaités et de la quantité, ainsi que de la plus ou moins grande régularité, des apports.

Évaluation des besoins

La première question à se poser est donc celle des usages souhaités qui vont nécessiter des volumes plus ou moins importants. Le guide ASTEE (De Gouvello et al., 2015) propose le tableau de la figure 9 pour évaluer les besoins.

Figure 9 : Tableau indicatif des besoins ; Source : De Gouvello et al., 2015.

Concernant les usages intérieurs, une estimation simple consiste à prendre en compte un volume journalier moyen par personne de :

• 25 à 30 L pour les chasses d'eau ;
• 15 à 20 L pour le lavage du linge.

Concernant les usages extérieurs, l'usage d'arrosage, le plus fréquent, est aussi le plus difficile à estimer sauf à utiliser l'expérience de l'utilisateur. De plus cet usage est extrêmement variable dans le temps et beaucoup plus important en été, quand les précipitations sont plus irrégulières, qu'en hiver.

Cette étape permet d'estimer le volume annuel $ B_{max} $ maximum (ou optimum) d'eau de pluie à récupérer pour couvrir les besoins.

Évaluation du volume récupérable

Le volume maximum récupérable dépend principalement de la pluviométrie et de la surface réceptrice utilisée. Il peut se calculer facilement par la relation (1) :

Avec :

• $ V_{max} $ : volume annuel maximum récupérable (m³) ;
• $ K $ : coefficient de rendement (sans dimension, compris entre 0,5 pour une toiture terrasse engravillonnée et 0,9 pour une toiture en pente) traduisant le fait que pour les petites pluies une partie du volume ne s'écoulera pas vers la citerne ;
• $ S $ : surface réceptrice utilisée (m²) ;
• $ P $ : Pluviométrie moyenne annuelle (m).

Détermination du volume de la cuve

Connaissant le volume maximum récupérable : $ V_{max} $, et le volume nécessaire pour couvrir les besoins : $ B_{max} $, il est alors possible de calculer le volume de la cuve.

Nota : Deux cas de figures sont possibles : si $ V_{max} $ est supérieur à $ B_{max} $, il est possible (mais pas certain, voir plus bas) que la totalité des besoins soit couverte ; dans le cas contraire il est certain que ce ne sera pas le cas et il peut alors être utile de remettre en cause certains des usages souhaités ; à l'inverse, si $ V_{max} $ est très supérieur à $ B_{max} $ il faut sans doute envisager de réduire la surface de collecte ; dans tous les cas il est préférable que $ V_{max} $ et $ B_{max} $ soient du même ordre de grandeur.

La détermination du volume de la citerne doit également prendre en compte l'irrégularité des apports, et éventuellement (selon les usages souhaités), celle des usages.

Méthode allemande normalisée

La méthode la plus simple est celle de la norme allemande DIN 1989-1, qui se formule de la façon suivante (relation (2) :

Avec :

• $ V_{ref} $ : volume utile nécessaire pour la cuve (L) ;
• $ B_{max} $ : volume annuel nécessaire pour couvrir les besoins (m³) ;
• $ V_{max} $ : volume annuel maximum récupérable (m³).

Cette méthode est cependant très simpliste et suppose un grand nombre d'hypothèses généralement mal vérifiées.

Méthode du volume de référence

Il s'agit d'une méthode simplifiée qui est exposée dans la norme française NF P16-005. Elle n’est applicable "que dans le cas de maisons individuelles avec des besoins (internes et/ou externes) connus". Cette méthode prend en compte les besoins et la pluviométrie sur une base mensuelle.

La méthode comporte 3 étapes (De Gouvello et al., 2015) :

• Pour chaque mois $ m $, on fixe le besoin en eau non potable $ B_m $ (exprimé en litres) et on calcule le volume d’eau de pluie potentiellement récupérable $ P_{prm} $, (exprimé en litres) en utilisant la formule (1) avec $ P $ correspondant dans ce cas à la pluviométrie du mois ;
• on calcule ensuite le coefficient de référence $ C_{ref} $ par la relation (3) :

avec :

• $ n $ : nombre de mois de simulation (normalement 60 mois, correspondant de préférence aux 5 dernières années).

Deux cas sont alors à considérer :

• 1er cas : $ C_{ref} < 0{,}65 $ : la méthode de dimensionnement de référence ne peut pas s'appliquer : il faut recourir à la méthode par simulation (voir point suivant).
• 2ème cas : $ C_{ref} ≥ 0{,}65 $ : la méthode peut s’appliquer et le volume de référence du stockage peut se calculer par la relation (4) :

Méthode par simulation

On part d'une condition initiale arbitraire (par exemple "citerne vide") et on résout de façon itérative l'équation de conservation en utilisant un schéma explicite, ceci sur un pas de temps donné court (idéalement 1 jour, mais éventuellement plus long : 1 semaine, 1 mois). Ce calcul se fait en répétant les deux étapes suivantes :

• étape 1 : au début de chaque pas de temps, on ajoute le volume produit par la pluviométrie sur la durée du pas de temps : $ P_j $ (on utilise la relation (1) en prenant pour $ P $ la pluviométrie correspondant au pas de calcul), ceci tant que le volume à stocker reste inférieur au volume de la citerne, c'est à dire avant que le trop plein ne fonctionne ; si le volume de la cuve est insuffisant et que le trop plein fonctionne, on "perd" une partie de l'eau de pluie potentiellement récupérable ($ T_j $) ;
• étape 2 : à la fin de chaque pas de temps on enlève le volume soutiré ($ S_j $) correspondant aux besoins $ B_j $ sur le pas de temps (si le volume stocké est suffisant), ou au volume total stocké au début du pas de temps (dans le cas contraire) ; dans ce second cas la satisfaction des besoins nécessite un apport complémentaire d'eau provenant du réseau d'eau potable ($ A_j $) (figure 10).

Figure 10 : Modèle utilisé pour la simulation des citernes : $ P_j $ : volume apporté par la pluie sur la durée du pas de temps ; $ B_j $ : besoins sur la durée du pas de temps ; $ S_j $ : volume d'eau de pluie soutiré pendant le pas de temps ; $ A_j $ : volume d'eau potable complémentaire éventuellement nécessaire pour satisfaire les besoins ; $ T_j $ : volume d'eau de pluie éventuellement "perdu" pendant la durée du pas de temps du fait de l'insuffisance de la cuve.

Cette méthode permet de calculer, pour un volume de citerne donné et pas de temps par pas de temps, le volume d'eau de pluie réellement récupéré ainsi que le volume complémentaire d'eau potable nécessaire pour répondre aux besoins. Accessoirement, elle permet également de mesurer le volume d'eau réellement stocké pour chaque événement pluvieux, et donc d'évaluer l'intérêt de la citerne pour l'objectif de contrôle du ruissellement (Voir § "Comment évaluer le volume de stockage nécessaire pour contrôler le ruissellement ?").

Du fait de la variabilité interannuelle des précipitations ce calcul doit être fait sur la plus longue période possible (et au minimum sur 5 années consécutives).

Le choix du volume "optimum" de la cuve se fait en testant différents volumes de citerne et en essayant de trouver un équilibre entre le volume de la citerne et le volume complémentaire d'eau potable nécessaire (d'autant plus important que le volume de la citerne sera petit).

Nota : Pour des raisons évidentes il est nécessaire que la cuve soit entièrement vidée de façon régulière et au moins une fois par an (voir § "Vie de l'ouvrage").

Comment évaluer le volume de stockage nécessaire pour contrôler le ruissellement ?

Dans le cas d'une citerne uniquement destinée à contrôler le ruissellement (c'est à dire d'une citerne infiltrante ou d'une citerne fonctionnant avec une vidange ouverte en permanence et à débit limité), le calcul se fait de façon classique en utilisant les méthodes de dimensionnement des ouvrages de stockage.

Dans le cas d'une cuve à double fonction, on fait généralement l'hypothèse que le volume de la réserve permanente est plein au début de la pluie et le calcul du volume utile situé au dessus se fait comme dans le cas précédent (figure 11).

Figure 11 : Dans le cas d'une citerne à double fonction on dimensionne généralement de façon indépendante la partie basse constituant la réserve permanente par l'une des méthodes présentées au § "Comment évaluer le volume de réserve nécessaire en fonction des usages souhaités ?" et la réserve utile correspondant à la partie haute par les méthodes classiques de dimensionnement des ouvrages de stockage (avec l'hypothèse que le volume de la réserve permanente est plein au début de la pluie)..

Dans le cas d'une citerne simple utilisée à la fois pour constituer une réserve d'eau et pour contrôler le débit de ruissellement, le calcul est plus difficile et dépend principalement des objectifs visés. En effet la citerne fonctionne en permanence avec la vidange fermée et le seul volume utilisable pour contrôler le ruissellement est celui qui a été libéré par les usages précédents de l'eau de pluie contenue dans l'ouvrage. Or ce débit dépend de l'ensemble des séquences de remplissage et de soutirage qui ont eu lieu dans les jours et les semaines précédents.

S'il s'agit de contrôler les débits produits par les pluies fortes, aucune solution n'est satisfaisante. En effet il n'existe aucun moyen statistiquement valable de prévoir ce que sera le niveau de remplissage de la citerne au moment où se produira un événement de fréquence rare. La solution la plus raisonnable consiste à ne pas utiliser de cuve de récupération simple pour cet objectif.

S'il s'agit de réduire le volume annuel moyen ruisselé, le calcul est possible en utilisant la méthode par simulation vue au paragraphe précédent et schématisée par la figure 10. Le volume d'eau dit "perdu" $ T_j $ s'écoulant par le trop plein correspond en effet au volume de ruissellement non contrôlé et l'efficacité d'interception moyenne peut être calculée en fonction du volume effectivement récupéré par la relation (5).

Avec :

• $ η $ : efficacité d'interception réelle moyenne ;
• $ n $ : nombre de pas de temps de simulation ;
• $ T_j $ : volume soutiré pendant le pas de temps j ;
• $ P_j $ : volume récupéré pendant le pas de temps j.

Pour être pertinente la méthode doit être mise en œuvre avec un pas de temps court (idéalement la journée).

Nota : Cette relation permet d'évaluer l'efficacité d'interception supplémentaire réellement procuré par le stockage. En effet la quantité $ P_j $ prise en compte au dénominateur intègre déjà les pertes au ruissellement qui auraient de toute façon lieu même en cas de ruissellement direct de la surface productrice.

Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre

Éléments techniques

Dans les cas les plus courants d'installation en bas de la gouttière d'une citerne préfabriquée uniquement destinée aux usages extérieurs, le seul risque réel potentiel est celui associé à la prolifération de moustiques. La précaution principale consiste à bloquer toutes les voies d'accès à la réserve d'eau pour les insectes, la solution la plus rustique consistant à mettre en place une simple moustiquaire (voir figure 12). Le faible coût des citernes garantit généralement un retour assez facile sur investissement.

Il est cependant déconseillé de récupérer une eau de pluie collectée à partir d'une toiture en plomb ou en amiante-ciment, même pour un simple usage d’arrosage, du fait des risques de pollution des sols.

Figure 12 : Une simple moustiquaire est suffisante pour empêcher les larves de moustiques de se développer dans une cuve de récupération des eaux de pluie ; crédit photo EID Rhône-Alpes.

Dans le cas d'une installation plus ambitieuse associée à un double réseau de distribution les contraintes sont plus nombreuses et une étude économique sérieuse doit être faite pour évaluer la rentabilité réelle de l'opération, pas toujours simple à obtenir.

L’arrêté du 21 août 2008 précise les règles à respecter et on trouvera le détail des précautions à prendre dans le guide de l'ASTEE (De Gouvello et al., 2025) ou dans le guide "Systèmes d’utilisation de l’eau de pluie dans le bâtiment : Règles et bonnes pratiques à l’attention des installateurs", édité par le Ministère en charge de l'écologie et du développement durable.

Dans le cas où l'on souhaite concilier la récupération de l'eau de pluie avec le contrôle du ruissellement il est très largement préférable d'utiliser des citernes à double fonction. Il est en effet difficile de trouver une façon de garantir la vidange complète de la cuve avant tout événement pluvieux.

Obligation de déclaration en mairie

Conformément à l’article R. 2224-19-4 du Code général des collectivités territoriales, les installations de récupération de l'eau de pluie doivent être déclarée en mairie (en précisant le volume récupéré). Cette déclaration permet en particulier de calculer le montant de la redevance d’assainissement (dans le cas d'un raccordement à un réseau collectif). Il s'agit d'une mesure logique. En effet, l’eau de pluie rejetée au réseau après usage est prise en charge par le réseau et la station d'épuration au même titre que l'eau provenant du réseau public d'alimentation.

Vie de l’ouvrage

L’article 4 de l’arrêté du 21 août 2008 précise que le propriétaire est responsable de l’entretien de son installation. Le tableau de la figure 12, extrait de De Gouvello et al (2015) indique les opérations obligatoires (en gras) et recommandées de surveillance et d'entretien du système de collecte ainsi que leur fréquence. On trouvera à la même référence une liste plus complète de l'ensemble des opérations préconisées.

Figure 13 : Opérations de surveillance et d'entretien obligatoire pour les installations de récupération de l'eau de pluie ; Source : De Gouvello et al., 2015.

Le nettoyage et la désinfection de la cuve doivent également être effectués avec une fréquence annuelle.

Bibliographie :

• De Gouvello, B., Deutsch, J.C. ( 2009) : La récupération et l'utilisation de l'eau de pluie en ville : vers une modification de la gestion urbaine de l'eau ? Flux 2009/2-3 (n° 76-77), pages 14 à 25 : disponible sur https://www.cairn.info/revue-flux1-2009-2-page-14.htm

Pour en savoir plus :

• De Gouvello, B. et al (2015) : Récupération et utilisation de l'eau de pluie ; Guide technique ASTEE ; 65p.; disponible sur www.astee.org
• www.ecologie.gouv.fr