Citerne (HU)

Traduction anglaise : tank

mot en chantier

Dernière mise à jour : 27/02/2023

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 parle également de 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.

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,
• gérer une partie des eaux pluviales produites par la parcelle de façon à limiter leur rejet à l'aval pendant la période pluvieuse.

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) ; elle 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 (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.

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 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 lafigure 5, extrait de (De Gouvello et Deutsch, 2009), fournit quelques exemples d'outils 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 et 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 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 toujours 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 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).

Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre

Il est donc important, si une collectivité souhaite autoriser l'utilisation de ce type d'ouvrage comme solution alternative de gestion des eaux pluviales de demander un dimensionnement effectif de la cuve et d'imposer l'une des règles suivantes selon la réglementation :

• trouver une façon de garantir la vidange complète de la cuve avant tout événement pluvieux (par exemple en prévenant les usagers et en comptant sur leur civisme ou leur intérêt à récupérer de l'eau fraiche) ;
• imposer des cuves pour lesquelles il est impossible d’empêcher la vidange (par exemple cuves perforées ou en matériaux poreux) ;
• ou imposer des cuves à double vidange et ne prendre en compte que le volume utile situé au dessus du stock permanent (voir figure 2).

Que la cuve soit utilisée uniquement pour la récupération des eaux pluviales, uniquement pour leur gestion pendant les pluies ou pour les deux objectifs, l'attention des usagers doit être attirée sur les précautions à prendre pour éviter la prolifération des 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 4).

Figure 4 : 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.

Vie de l’ouvrage

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