Microstockage (HU) : Différence entre versions

Version du 4 mai 2023 à 11:20

Traduction anglaise :

Mot en chantier

Dernière mise à jour : 04/05/2023

Dispositif ponctuel permettent le stockage provisoire de l'eau dans un ouvrage fermé, constitué de matériaux (sol végétal, graviers, concassés, etc.) ayant une grande quantité de vides interstitiels, et placé au dessus d'une surface aménagée généralement imperméable, ce qui les distingue des massifs enterrés. Les ouvrages de ce type sont souvent végétalisés. La restitution de l’eau stockée se fait généralement principalement par évapotranspiration, éventuellement à débit contrôlé vers un exutoire aval ou par infiltration.

Figure 1 : Exemple de microstockage traité en jardinière ; Source : Direction de l'eau, Lyon Métropole.

On parle également de Massif stockant, Jardinière, Massif végétalisé de surface, etc.

Généralités

Principes et variantes

Le principe de base des ouvrages de ce type est de profiter de surfaces imperméables réduites non utilisées pour stocker provisoirement une partie des eaux pluviales précipitées tout en introduisant de la végétation. Les dispositifs prennent le plus souvent l'apparence de bacs, de jardinières, de grands pots de fleurs (figure 2), etc. Ils peuvent être alimentés directement par l'eau précipitée sur leur surface, dans ce cas leur capacité d'interception reste faible, ou être placés à l'exutoire d'une surface imperméable, par exemple une toiture (figure 1).

Figure 2 : Une série de pots de fleurs géants de ce type installés sur un trottoir peut recouvrir jusqu'à 10% de la surface imperméable et la déconnecter ainsi du réseau ; Crédit photo Bernard Chocat.

La restitution se fait principalement par évapotranspiration avec souvent un trop plein vers un autre dispositif, par exemple d'infiltration, ou vers le réseau (figure 3).

Figure 3 : Les microstockages s'inscrivent facilement dans les chaines de solutions : dans ce cas un premier stockage des eaux de toitures est fait dans les jardinières et le trop plein est évacué vers un massif enterré infiltrant ; Crédit photo Bilel Afrit.

Pour augmenter le volume d'eau stocké il est possible de doter le dispositif d'une réserve alimentant la terre végétale par un système de mèches (bac à réserve d'eau).

Historique

Dans les premiers documents relatifs aux techniques alternatives (STU 1982), les microstockages étaient uniquement conçus comme des réservoirs de stockage installés en bas des descentes d'eau pluviales et restituant l'eau au réseau avec un débit contrôlé. Cette vision est encore celle d'Azzout et al (1994).

Nota : Dans le DEHUA, les réservoirs de stockage de ce type sont considérés comme des citernes, qu'ils aient on non une fonction de récupération de l'eau de pluie, et sont donc traités dans cet article.

Ce n'est que dans les années 2000 qu'il est envisagé d'utiliser au moins en partie l'évapotranspiration pour restituer l'eau à l'atmosphère et limiter ainsi les rejets au réseau. Il est probable que cette idée a d'abord été envisagée pour "reverdir" la ville avant de penser qu'elle pouvait jouer un rôle dans le contrôle du ruissellement. En tout cas on ne trouve pas d'éléments relatifs à ce concept dans les ouvrages consacrés aux solutions alternatives de gestion des eaux pluviales avant le début du XXIème siècle. En revanche les ouvrages de ce type commencent à apparaître dans différents guides techniques publiés par des collectivités locales à partir des années 2010.

Fonctions et cobénéfices

Même si les volumes associés à chacun des dispositifs sont faibles, le fait que l'on puisse les multiplier facilement leur donne une certaine efficacité en termes hydrologiques. De façon pratique, le fait qu'ils soient installés au dessus de surfaces imperméables permet de déconnecter une partie de ces surfaces du réseau, même s'il ne s'agit pas réellement d'une désimperméabilisation car le sol sous-jacent reste recouvert.

Les ouvrages de ce type sont également efficaces en termes de lutte contre la pollution. D'une part le fait qu'ils soient situés au plus près (voire au-dessus !) des zones de production limitent fortement la longueur des trajets en surface et donc la concentration en polluant (voir Pollution des eaux de ruissellement (HU)). D'autre part, leur mode de restitution permet de bloquer presque totalement tous les polluants dans le substrat (hors trop plein).

Sur un autre plan, l'intérêt principal est de contribuer à végétaliser la ville en augmentant la surface d'espaces verts sans avoir à mener d'opération trop lourde sur le sol et le sous-sol. Même si cette opération, consistant à mettre en place une végétation hors-sol, apparaît artificielle, elle joue cependant un rôle intéressant en termes esthétiques et en termes bioclimatiques (rôle de l'évapotranspiration pour lutter contre les ilots de chaleur). Il est cependant important de ne pas être trop optimiste et de bien adapter l'importance et la taille de la végétation installée au volume de terre mis à sa disposition.

Il est à noter que beaucoup d'ouvrages sont mis en place dans une logique de reconquête des espaces urbains avec la volonté de limiter la place des voitures au bénéfices des piétons et des modes doux (figure 4).

Conception

Conception générale

Du fait de la très grande diversité des solutions possibles et également de celle des motivations susceptibles d'être à l'origine des ouvrages de ce type, il est très difficile de donner des conseils généraux sur leur conception. La seule suggestion susceptible d'être utile, chaque fois que l'on s'interroge sur la meilleure façon d'améliorer la gestion des eaux pluviales d'une zone existante, est probablement la suivante :

• recenser les espaces imperméables sans affectation spécifique susceptibles d'être utilisés ;
• envisager les différentes solutions possibles permettant de mobiliser ces surfaces pour installer des micro-stockages (éventuellement en lien avec d'autres solutions).

Nota : Ce type de solutions est, sauf cas particuliers, à réserver au traitement des espaces déjà aménagés. En ce qui concerne les opérations nouvelles, il est le plus souvent préférable de ne pas imperméabiliser et d'utiliser directement le sol en place plutôt que de créer un sur-sol artificiel.

Principes de dimensionnement et choix des dimensions

Du fait de leur mode de restitution, principalement par évapotranspiration, le dimensionnement des ouvrages de ce type pose des problèmes spécifiques. Le volume que l'on peut stocker dans le substrat est en effet dépendant de la quantité d'eau déjà présente et donc des conditions climatiques (pluviométrie et ETP) qui ont prévalu dans les jours et les semaines précédentes. L'approche à utiliser est donc obligatoirement de nature statistique et dépend des objectifs de protection choisis (voir Méthodes de dimensionnement des ouvrages de stockage (HU)). S'il s'agit d'évaluer le volume annuel intercepté, des méthodes relativement robustes peuvent être trouvées (voir ci-dessous). En revanche s'il s'agit de dimensionner l'ouvrage pour faire face à un événement de fréquence rare, un calcul simple est impossible et il est préférable de prévoir un mode de gestion complémentaire, le microstockage apportant alors une sécurité supplémentaire.

D'une façon générale la quantité d'eau que l'on peut stocker dans un substrat totalement sec est égale au volume du substrat multiplié par sa porosité.

Dans le cas d'un microstockage, une partie des vides est déjà occupée par de l'eau et n'est dons plus mobilisable. Par ailleurs, selon les conditions de la vidange, l'eau parviendra ou non à remplir la totalité de ces vides, ou au contraire se drainera rapidement vers le fond du substrat. La capacité maximum de stockage dépend donc de la porosité utile maximum du substrat qui dépend elle même de trois paramètres :

• La teneur en eau maximum exprimée en m³/m³ : Pmax qui dépend de la nature des matériaux constituant le substrat et qui correspond à un substrat totalement saturé en eau.
• La teneur en eau minimum pour l’évapotranspiration : P1, qui correspond au point de flétrissement pour la végétation (lorsque la teneur en eau du sol devient inférieure à P1 les plantes n’arrivent plus à extraire l’eau du sol).
• La teneur en eau minimum pour l’infiltration : P2, qui correspond à la teneur en eau à partir de laquelle le drainage dû aux forces de pesanteur devient négligeable ; P2 peut être assimilé à la capacité de champ (capacité maximum de rétention d’eau du sol).

Il existe deux possibilités pour définir la porosité utile maximum selon la façon dont l’ouvrage est conçu.

• Soit l'ouvrage est drainé et l'écoulement est libre sous la couche de substrat (voir figure 5) et dans ce cas il faut utiliser la quantité (P2 – P1) qui correspond à la réserve utile du sol utilisée par les agronomes. En effet si la teneur en eau devient supérieure à P2, l’eau va s’infiltrer jusqu'au fond de la couche de substrat et s'évacuer rapidement vers un exutoire extérieur ; c'est généralement ce type de solution qui est retenu pour les microstokages.
• Soit l'écoulement est contrôlé et limité à une valeur maximum sous la couche de substrat (voir Figure 6) et, dans ce cas, le sol pourra se saturer totalement ; l’écoulement ne commencera par ruissellement ou par un trop plein que quand l’eau atteindra la surface. Dans ce cas il faut utiliser la quantité (Pmax – P1).

Dans le calcul précédent cas on considère que la teneur en eau dans le substrat est égale à P1 au début de la pluie, c'est à dire que le temps écoulé depuis la dernière pluie a été suffisant pour permettre à la végétation de consommer et d'évapotranspirer la totalité de la réserve utile en eau.

Si l'on fait l'hypothèse inverse qu'une pluie a eu lieu récemment et que la réserve utile du sol est saturée, alors la porosité utile (c'est à dire la capacité de stockage) d'un substrat drainé est nulle et celle du substrat d'un microstockage équipé d'un régulateur de débit est égale à (Pmax – P2). On comprend donc facilement pourquoi la capacité de stockage peut être très faible.

Les valeurs de Pmax, P1 et P2 dépendent du type de substrat. Le tableau de la figure 7 fournit quelques valeurs indicatives en fonction du type de sol :

Figure 7 : Ordre de grandeur des valeurs de Pmax, P1 et P2 en fonction du type de sol.

A partir de ces valeurs, il est possible d'estimer la porosité utile maximum et minimum pour des substrats régulés ou non régulés.

Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre

Vie de l’ouvrage

Bibliographie :

• Azzout, Y., Barraud, S., Cres, F.N., Alfakih, E. (1994) : Techniques alternatives en assainissement pluvial - Choix, conception, réalisation et entretien ; ed. Tec et Doc ; Lavoisier ; Paris.
• STU (1982) : La maîtrise du ruissellement des eaux pluviales : quelques solutions pour l'amélioration du cadre de vie ; Service Technique de l'Urbanisme ; Ed. Maugein & Cie, Paris ; 64 p