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Microstockage (HU) : Différence entre versions
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Version du 10 mai 2023 à 17:32
Traduction anglaise :
Mot en chantier
Dernière mise à jour : 10/05/2023
Dispositif ponctuel permettant le stockage provisoire de l'eau dans un ouvrage fermé ; un microstockage est constitué de matériaux (sol végétal, graviers, concassés, etc.) ayant une grande quantité de vides interstitiels ; les microstockages se distinguent des massif enterrés par le fait qu'ils sont le plus souvent placés au dessus d'une surface aménagée généralement imperméable ; ils se distinguent des structures réservoirs par le fait qu'ils n'ont pas de fonction structurelle et qu'ils sont généralement végétalisés. La restitution de l’eau stockée se fait ainsi principalement par évapotranspiration, éventuellement à débit contrôlé vers un exutoire aval ou par infiltration.
On parle également de Massif stockant, Jardinière, Massif végétalisé de surface, etc.
Sommaire |
Généralités
Principes et variantes
Le principe de base des ouvrages de ce type est de profiter de surfaces imperméables inutilisées 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).
La restitution se fait principalement par évapotranspiration avec souvent un trop plein vers un autre dispositif, par exemple d'infiltration, ou vers la surface imperméable sous-jacente, c'est à dire indirectement vers le réseau (figure 3).
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 pluviale 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 limite fortement la longueur des trajets en surface et donc la concentration en polluants (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 certains 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 microstockages (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 5) 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 6 fournit quelques valeurs indicatives 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.
De façon pratique, la teneur en eau initiale, et donc la capacité de stockage, sera différente pour chaque pluie. Par ailleurs, selon la hauteur d'eau précipitée, seule une partie de cette capacité sera sollicitée et viendra diminuer la capacité de stockage disponible pour la pluie suivante. Une approche possible consiste à simuler une chronique de pluies et d'évapotranspiration sur une période longue (plusieurs années).
Dans le cas d'un ouvrage non régulé (cas le plus courant), cette simulation peut se faire de façon très simple (valeurs journalières de précipitation et d'évapotranspiration et pas de calcul journalier). La figure 7 donne un exemple de simulation de ce type sur une année (ce qui est une durée insuffisante).
Pour éviter d'avoir à refaire une simulation pour chaque ouvrage, il est également possible de construire des abaques du même type que ceux construit pour la méthode des volumes en utilisant des grandeurs adimensionnelles (volumes et débits spécifiques). On peut d'ailleurs déduire de ces abaques et de la répartition des pluies par classe de hauteur précipitée les épaisseurs de substrat statistiquement nécessaires pour intercepter toutes les pluies inférieures à une hauteur d'eau donnée. Le tableau de la figure 8 qui a été établi pour les toitures végétalisées dans le cas de la région parisienne peut par exemple également être utilisé pour les microstockages.
Dans le cas d'un ouvrage régulé, il est possible de considérer que l'on dispose au minimum, au début de la pluie, de la capacité de stockage correspondant à (Pmax – P2). Une simulation continue du même type est également possible.
Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre
Les principales difficultés associées à ce type d'ouvrage ne sont pas dues aux aspects hydrologiques mais à la bonne gestion de la végétation. Il est en particulier nécessaire de bien ajuster le volume et la profondeur du substrat à la taille des végétaux que l'on souhaite installer dans l'ouvrage. Un volume de 1 m3 et une profondeur de 1 m constituent des minimum absolu pour un arbre de 3 à 4 m de hauteur. A défaut il faudra se contenter d'arbustes de petite taille ou de plantes d'ornement.
Vie de l’ouvrage
Comme pour le paragraphe précédent, les principales contraintes d'exploitation sont associées à la végétation :
- un arrosage est à prévoir pendant les périodes sèches, au moins pendant les 3 premières années de plantation ;
- une taille régulière et un apport éventuel de matière organique sont également nécessaires ;
- enfin toute plante a une durée de vie limitée et un renouvellement est à programmer de façon régulière (dépendant du type de végétation).
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
