Application en milieu urbain

  

Justification   

      L’objet principal de notre travail était donc de réaliser une optimisation de la gestion des eaux dans l’habitat pour une utilisation première dans un éco-village du Tarn. Nous avons pu voir la relative simplicité du dimensionnement théorique mais la complexité pratique de la détermination de son utilité économique et donc de son acceptation social.

     Cependant il est également intéressant de passer de l’échelle de l’individu et de son intérêt personnel à l’échelle du collectif. La récupération d’eau de pluie à l’échelle d’un milieu urbanisé (et donc imperméabilisé) présente des intérêts supplémentaires à ceux déjà évoqués. En effet, si l’action est menée collectivement, elle peut permettre d’écrêter les crues (avec la multitude de faibles zones de stockage), et donc de diminuer le dimensionnement de certaines installations (réseau d’eaux pluviales), la taille et le coût des ouvrages de retenue, et, donc indirectement, de limiter les risques de rejets en cas de dépassement de la capacité de traitement des stations d’épurations.

     Nous allons donc analyser l'impact de récupérateurs d'eau de pluie dans un quartier urbanisé. Nous prendrons l’exemple de la ville de Blagnac.

Figure 1 : limites administratives de la ville de Blagnac (source : Géoportail)


     Pour cela nous travaillerons sur le logiciel d’hydrologie urbaine CANOE
     Nous étudierons la réponse à un événement pluvieux du type pluie de projet type pluie décennale (cf. figure 2.). Nous noterons la durée de l’évènement (environ 2h30) ainsi que l’amplitude : 55mm de pluie. C’est bien un évènement d’une ampleur exceptionnelle.


Figure 2 : hyétogramme de la modélisation de la pluie décennale

 


     On peut alors analyser l’impact de l’installation de cuves de récupération d’eau pluie chez tous les particuliers de deux manières :


1. Estimer le volume retenu et le comparer avec le volume débordé
2. Modéliser le « stockage d’eau de pluie dans chaque foyer » sous CANOE et analyser la différence de réponse du réseau.

----------------------- 

1. Comparaison de volume

     Blagnac est une ville de 20 000 habitants et d’environ 1700 hectares.
Nous travaillerons seulement sur une partie de la zone urbanisée (611 hectares). Notre zone d’étude concerne seulement 18 hectares de bassins-versants urbanisés.

     Il s’agit alors de modéliser une partie du réseau d’eau pluvial de la ville de Blagnac. Nous ne nous étendrons pas sur les caractéristiques de cette modélisation (création des noeuds, des conduites, du réseau)  puisqu’il s’agit ici d’analyser l’impact de l’installation de cuves de récupération d’eau de pluie, toutes grandeurs égales par ailleurs.

     Voici le réseau modélisé et sa réponse à la pluie de projet :

 

Figure 3 : réponse du réseau d’eaux pluviales à l’évènement pluvieux décennal

 

     Pour ce faire, il faut les données suivantes :
- surface et type de bassins versants,
- pourcentage de toiture (et leur type),
- le volume d’eau de pluie par bassin versant,
- le volume d’eau de pluie stockée par bassin versant.


- Surface et types des bassins versants :

     La modélisation comporte cinq bassins versants. Quatre (B1, B9, B6 et B13) sont des zones urbanisées stricte avec une imperméabilisation totale de 50%. Le bassin versant 4 est un bassin versant de type mixte urbain-rural (l’imperméabilisation initiale est de 30%).  Les surfaces sont présentées dans le tableau suivant.

Tableau 1 : données concernant les bassins-versants

- Surface de toiture

     Nous prendrons l'exemple d'un quartier classique de Blagnac. Grâce aux outils simples de Géoportail on peut estimer la superficie du quartier et des toitures.

      

Figure 4 et 5 : superficie d’un quartier classique et d’une toiture de Blagnac


     Ici, nous avons donc une surface d’environ 30 000m², avec une cinquantaine de maisons comprenant des toitures d’environ 120m².
     Ce qui nous fait un pourcentage d’environ 20% de la surface totale du bassin versant.
     Afin de prendre en compte les zones moins denses en toitures (air de jeu, parking, …), nous estimerons le pourcentage de toiture à 15%.  En milieu urbain-rural, nous prendrons un pourcentage égal à 5%.


     Par ailleurs, la composition majoritaire des toitures est de la tuile, dont le coefficient de récupération est 0,9. Afin de prendre en compte le caractère décennal de pluie et son intensité, nous prendrons la valeur 0,7 (15% de diminution) pour ce coefficient. Ceci permet de prendre en compte les pertes plus importantes dues aux éclaboussures et à la limitation du débit entrant dans la cuve.

Figure 6 : type de toiture (source : google maps).


- Volume d’eau de pluie

     Nous supposerons la pluie comme étant uniforme sur tout le bassin versant. Ce volume se calcul aisément en multipliant la surface du bassin versant par la hauteur d’eau.

- Volume d'eau de pluie stockée

     On peut remarquer que le volume récupérable par toiture de 120m2 est d'environ 4,5 m3 (S*Cp*P, cf. Dimensionnement) pendant l'évènement pluvieux. On supposera l'aménagement d'une cuve par foyer de 6m3 en moyenne (soit 4 pour les maisons individuelles, 8,10 ou 12 pour les petits immeubles). On considèrera les cuves comme étant pleines à moitié avant l'évènement pluvieux. Ainsi cela réduit le volume stockable. Nous choisirons donc un autre coefficient C de 0,75 pour représenter cela. Ainsi le volume stocké vaut V=S*Cp*P*C.


     Voici l’ensemble des données représentées dans le tableau suivant :

Tableau 2 : résumé des données

Conclusion

     On peut donc considérer à première approche les faits suivants : le volume qui déborde fait environ 1000 m3 (modélisation sous CANOE). Et l’installation de systèmes de récupération d’eau de pluie permet de stocker environ 500m3.
On diviserait ainsi par deux les dimensions des bassins de retenues.
     Cette représentation est légitime mais CANOE permet d’aller plus loin.

 

2. Modéliser le « stockage local » sous CANOE

     On peut illustrer le stockage local sous CANOE en jouant sur les données d’imperméabilisation de chaque bassin versant. Nous pouvons considérer que le stockage correspond à une diminution de la surface imperméabilisée d'environ 10% dans les bassins versants urbain et de 5% dans les autres.

     Les résultats de cette modélisation sont visibles sur la figure suivante (figure 8).

Figure 8 : résultats de la modélisation en diminuant la surface d'imperméabilité 


     On remarque donc que l’on évite quasiment le débordement au nœud 3 et on diminue d'environ 1/3 le débordement au nœud 7. 

 

Conclusion

     Cette ouverture permet donc de montrer un autre intérêt lié à l’installation de récupération d’eau de pluie dès lors que cela est pensé à l’échelle du collectif dans un milieu urbain. On peut voir l’impact important de cette multitude de stockages locaux de faible capacité sur la réponse du réseau d’eaux pluviales. Il est important de préciser que nous avons travaillé avec des coefficients choisis avec pessimisme… Coefficient de récupération, niveau de remplissage de la cuve avant l’évènement, et surtout le pourcentage de toiture (dès lors que l’on en milieu urbain dense, comme la ville de Toulouse…).

     Considérant le coût d'un bassin de rétention pour une collectivité, ceci permettrait, dans une ville fortement urbanisée, de diminuer la taille des bassins de rétention. Cela a donc un intérêt économique important : la ville évite ainsi les coûts éventuels d'une inondation, et surtout la diminution des ouvrages de rétention et donc la réduction de leur coût. Il est à préciser qu’un ouvrage Le coût des bassins de rétention classiques ou paysagers peut aller de 100 000€ à plusieurs millions d'euros. La ville pourrait donc répercuter cette économie sous forme de subventions à l'installation de cuve à raison de 500 ou 1000€ par foyer. Nous ne retrouverions dans les cas favorables à l’installation de récupérateurs d’eau de pluie par un particulier avec un amortissement d’une dizaine d’année.
     L’intérêt commun est donc cohérent. 

     Enfin l’intérêt environnemental est certain. Ceci permet de préserver les ressources hydriques à l’échelle d’une collectivité et de diminuer l’importance des relargages en cas de saturation de la capacité de la station d'épuration. 

     Plus largement, la subvention d’installation de récupérateurs d’eau de pluie chez les particuliers (en milieu urbain) serait une mesure supplémentaire rentrant dans le cadre des nouvelles visions d’assainissement des Agences de l’Eau.
Après le tout à l’égout, le « tout à l’égout le plus vite possible », le tout imperméabilisé, puis l’installation de bassins de retenue (ouvrages conséquents) pour pallier les défauts de ces schémas directeurs, les nouvelles orientations vont dans le sens de la multiplication des techniques alternatives : chaussée à structure réservoir, puits d'infiltration, fossé ou tranchée drainante. La récupération d’eau de pluie en toute sa place dans ce panel de solutions alternatives.

------  

De l’importance d’avoir une pensée globale en matière de schéma directeur d’eaux pluviales, intégrant la multitude de techniques alternatives qui peuvent se faire à l'échelle locale.