Gérer l’eau de pluie à la parcelle : un changement de paradigme

« La politique du tout tuyau date de la seconde moitié du 19e siècle, explique Jean-Jacques Hérin, Président de l’association pour le développement opérationnel et la promotion des techniques alternatives en matière d’eaux pluviales (Adopta) et directeur de l’aménagement, des réseaux, de la construction et du service assainissement de la communauté d’agglomération du Douaisis. L’ingénieur Eugène Belgrand a créé un réseau d’égouts inspiré de la Rome antique pour assainir Paris et lutter contre les épidémies de choléra dont la dernière date de 1848. Aujourd’hui, les problématiques d’hygiène sont résolues mais le tout tuyau génère d’autres problèmes liés au développement de l’urbanisme. L’augmentation des surfaces imperméabilisées conduit à des flux d’eau importants qui contribuent au débordement des égouts et aux inondations ».

Des solutions se sont développées pour répondre aux variations brutales des quantités d’eau de pluie qui ne durent parfois pas plus d’une demi-heure. Des déversoirs d’orage, des bassins de rétention, dont le volume peut dépasser 5 000 m3, capturent l’eau de ruissellement et la rendent à débit contrôlé dans un exutoire ou dans le réseau d’assainissement. De plus en plus fréquemment, les bassins d’infiltration sont préférés aux bassins de rétention afin de réalimenter les nappes phréatiques et les couches superficielles du sol.

De nombreux fabricants proposent des solutions modulaires en structures alvéolaires ultralégères (SAUL) ou de réservoirs métalliques sur mesure ainsi que des systèmes de décanteurs-dépollueurs pour traiter les eaux de ruissellement qui ont lessivé sur leur passage des matières en suspension, des matières organiques (DBO, DCO, azote), des métaux lourds (plomb, zinc, cadmium) et des hydrocarbures générés, selon les cas, par la circulation, les activités industrielles et l’érosion des sols (voir l’article sur l’infiltration dans le n° 395).

Néanmoins un changement de perspectives s’impose pour concevoir des systèmes capables de faire face à des événements météorologiques de grande ampleur sans investir dans des ouvrages de plus en plus grands et financièrement ruineux. Limiter le ruissellement des eaux en favorisant l’infiltration au plus près du point de chute et composer avec l’eau plutôt que d’essayer à tout prix de la contenir sont les nouveaux principes qui permettent de bâtir une ville résiliente face aux fortes pluies. La ville, conçue comme un milieu minéral imperméable, doit aujourd’hui conjuguer le minéral avec le perméable.

« Dans ce nouveau paradigme, il n’y a pas de solution standard, souligne Jean-Jacques Hérin. L’ingénierie humaine reprend de la valeur. Que le plan d’aménagement concerne le neuf ou la reconstruction, la problématique de l’eau pluviale doit être présente dès le début du projet et pensée en fonction du contexte environnemental, géologique, le contexte bâti, etc. Un projet commence par le tracé de l’écoulement naturel et organise le territoire et l’urbanisation de sorte que les crues d’orage puissent s’épancher et se résorber sans générer de dégâts importants, par exemple en prévoyant des espaces verts, des places publiques, des bâtiments sur pilotis à des endroits judicieux ». Le réseau superficiel est intégré et mis en scène dans la transformation ou la construction de la ville. Ainsi, la Seine-Saint-Denis a mis en œuvre depuis 25 ans une politique de réouverture des anciens rus et cours d’eau canalisés et couverts.

« Les services d’assainissement s’étaient en effet aperçus que la carte des zones inondées et celle du réseau hydrographique se superposaient, raconte Jean-Jacques Hérin. Ces opérations ont augmenté la capacité de rétention, réduit le débit et permis à une partie de l’eau d’être infiltrée ou utilisée par les végétaux. Il y a beaucoup d’actions de ce type en région parisienne mais aussi à Lyon, par exemple, où l’on projette de rouvrir des cours d’eau en mettant des rues à sens unique ».

Penser multifonctions

Un des principes de base de cette nouvelle gestion, durable et intégrée des eaux pluviales est de donner plusieurs fonctions à un même espace, c’est-à-dire ajouter une fonction pluviale à un autre ouvrage : jardin, voirie, toiture. L’eau sera retenue le plus longtemps possible dans les espaces verts, et les toitures végétalisées ; les eaux des voiries légères sont infiltrées dans des chaussées réservoirs et des parkings poreux. Les eaux de voiries lourdes, qui sont très polluées, sont collectées et traitées sur des surfaces réduites avant d’être stockées en noues, en tranchées drainantes ou dirigées vers des cours d’eau existants.

Cimentub conçoit ainsi des ouvrages de plus en plus petits et compacts afin de répondre aux contraintes hydrauliques tout en limitant l’empreinte foncière et l’impact visuel de ces ouvrages : puits d’infiltration, noues avec retenues, fossés enherbés, petits bassins de quelques centaines de mètres cube en cascade, etc. Il s’agit également de canaliser des eaux pour passer des obstacles (voies ferroviaires, autoroutes,…) et permettre à la ville d’avoir des infrastructures cohérentes et de faire ressortir ces eaux dans différents bassins par des têtes d’aqueduc appropriées. « Nous avons plusieurs chantiers en cours, comme la création de villages nature en région parisienne ou sur la ZAC polytechnique de Saclay, explique Stéphane Moncombe. Le grand bassin de la ZAC est décomposé en plusieurs petits bassins en lien avec les rus sur une trame verte et bleue. L’eau est intégrée au domaine de vie de la ZAC ».

Infiltrer ou recycler au point de chute

Beaucoup de matériaux modernes laissent aujourd’hui passer l’eau, comme les résines poreuses, les pavés en béton poreux, les enrobés poreux, etc. L’infiltration se réalisant directement au point de chute, ces eaux n’ont pas ruisselé et sont peu chargées en polluants. Elles peuvent être traitées par les capacités épuratrices naturelles du sol. Une chaussée réservoir, par exemple, dégrade 90 à 95 % des hydrocarbures légers, avec des quantités d’hydrocarbures en sortie inférieures à 0,5 mg/l, et élimine les métaux. Un jardin inondable permet d’abattre entre 22 % à 80 % des polluants selon leur nature, sans entraîner de contamination des sols à long terme (10 ans).

Stradal, spécialiste en aménagements urbains, propose ainsi toute une gamme de pavés poreux rectangulaires (Acedo) ou carré (Ecoroc avec joints larges et fondation drainante) pour les trottoirs, les places ou les zones de stationnement) avec lit de pose en sable de granulométrie 2/4, ou ajourés (dalles gazon, pavés drainants) favorisant l’infiltration, par exemple sur des zones de parking vertes.
Toitures végétalisées ou stockage sur toiture permettent également de retenir l’eau de pluie. Ainsi les solutions proposées par Nidaplast avec Nidaroof, Le Prieuré ou Nicoll permettent de réutiliser ou stocker provisoirement l’eau de pluie, environ 750 l/m²/an (600 l pour la région la plus sèche, 1 000 l pour la plus humide).

Les eaux de gouttières et celles des terrasses trouvent également des solutions de stockage ou d’infiltration à la parcelle grâce à des mini-bassins de rétention ou d’infiltration en structures alvéolaires ultralégères (SAUL) proposées par des fabricants comme ACO (Strombrixx®), Nicoll (Waterloc®), Rehau (Rausikko®), Wavin (Q-Bic®), Fränkische (Rigofill®), Nidaplast (AZbox®), Polypipe (Polystorm®), Sotra Seperef (Rainbox 3S) ou Funke et, ou en structures semi-circulaires ou circulaires commercialisées par Hauraton ou encore Eluvio, par exemple (voir EIN n° 395).

Les blocs de laine de roche fondue ACO Infiltration Line, spécialement conçus pour l’eau, sont une autre technologie originale d’infiltration à la parcelle. Chaque bloc de 100 x 60 x 20 cm a un volume d’absorption de 112,8 litres (94 % de capacité de rétention utile) et est traversé dans sa partie haute par un tuyau perforé intégré qui se connecte à un regard de visite. Ces blocs modulaires peuvent être montés en série et se connecter à un système de drainage existant (gouttières, caniveau de terrasse). Leur pose ne nécessite pas de gros travaux de terrassement. Ils résistent à la terre et aux plantes qui peuvent y puiser l’eau. Ce système de stockage peut être combiné avec les caniveaux, les dalles ou les plaques ACO Grass et ACO gravel pour réguler et infiltrer les eaux pluviales autour du bâti ou encore avec Nidagravel qui permet de stabiliser du gravier dans ses alvéoles en réalisant des allées 100 % perméables ou Nidagrass pour renforcer des places de parking en gazon et faire passer un véhicule sans s’enfoncer en laissant un sol-parking 100 % perméable.

COC Environnement propose de son côté des solutions de stockage de l’eau de pluie qui vont de la simple cuve au système complet permettant sa réutilisation (version Optimum). La cuve, de 1.200 à 4.500 litres, est équipée d’un filtre de gouttière, d’un module filtrant, d’un kit d’aspiration et de refoulement avec pompe immergée. Un gestionnaire pour le contrôle automatique programmable, Aquaprof Top, permet une alimentation autonome des toilettes ou des robinets de puisage d’eau de pluie. Il bascule automatiquement le système sur l’eau de la ville en cas de manque d’eau. L’eau de pluie récupérée peut également être utilisée pour la machine à laver en ajoutant un traitement adapté rendu obligatoire par un arrêté ministériel du 21 août 2008.

Sebico, Plasteau ou encore Simop développent également des cuves de récupération des eaux de pluie pour les particuliers ou les collectivités. L’eau est récupérée par un pompage de surface ou immergé et peut être équipé d’un gestionnaire pour l’utilisation domestique. Comme pour les particuliers, l’utilisation des eaux de pluie peut être valorisée par les industriels ou les collectivités pour les eaux sanitaires, de process, voire les réserves incendie.

Des solutions de rétention d’eaux pluviales sont ainsi proposées par des sociétés telles qu’Amiantit, Stradal ou HOBAS. Après valorisation, l’eau peut être stockée dans des réservoirs hors sols, tels que ceux fournis par la société APRO Industrie, en vue de sa réutilisation.
Tubosider et Tubao déclinent des réserves incendies reposant sur des solutions monobloc en 60, 80, 100 ou 120 m3 qu’il est possible de raccorder avec un collier étanche. Tubao propose en plus de ses bassins en acier galvanisé ondulé des solutions adaptées en PEHD Weholite également dotées de systèmes de filtration par lampe UVC permettant de détruire les micro-organismes. Un système d’oxygénation est envisageable.

Traiter l’eau de pluie collectée sur de petites surfaces

Les tuyaux ne peuvent toutefois pas être totalement éradiqués. Un minimum de linéaire est nécessaire pour collecter les eaux et les amener à un endroit où elles peuvent être infiltrées ou rejetées dans le milieu naturel, par exemple lorsque le sol n’est pas suffisamment perméable ou qu’il est lui-même pollué et que l’infiltration risquerait d’entraîner la pollution de la nappe phréatique sous jacente.

Dans un cas comme dans l’autre, ces eaux ont ruisselé et se sont chargées de polluants dont des études réalisées au laboratoire Eau, environnement et systèmes urbains (Leesu) ont montré qu’elles pouvaient contenir plus d’une cinquantaine de molécules chimiques ou de composés organiques sous forme particulaire et dissoute.

Ces eaux de ruissellement nécessitent donc un traitement avant retour dans le milieu naturel, au minimum par une décantation des MES et par une filtration complémentaire par absorption et adsorption si besoin. Selon le contexte et les surfaces de ruissellement concernées, l’utilisation de caniveaux épuratoires, comme le Drain Fix d’Hauraton, le Birco Pur de Birco ou le D-Rainclean de Funke permettra de traiter l’eau et, éventuellement, de l’infiltrer directement au niveau du caniveau (voir n° 395).

De nouvelles unités de traitement de faible encombrement sont également disponibles aujourd’hui. Par exemple, Rehau propose de traiter jusqu’à
2 000 m² de bassin-versant en zone urbaine circulée avec son système HydroMaxx, combinant la retenue des MES les plus fines à celle des métaux lourds dissous dans les eaux de ruissellement.

De son côté, COC Environnement a conçu une version verticale de son décanteur-dépollueur pour traiter l’eau de ruissellement sur des surfaces inférieures à 1.000 m2 (parking, voirie, aire de lavage, site industriel, …). De 1,5 m de diamètre et 1,05 m de hauteur pour le plus petit, ce décanteur existe en polyester (conforme à la charte ISGH du syndicat des fabricants d’ouvrages préfabriqués pour la dépollution des eaux pluviales) ou en acier avec revêtement Epoxy, avec ou sans by-pass, et est équipé d’un dégrilleur et d’une colonne de vidange. Sa structure lamellaire à 60°, associée à une contre-pente qui ralentit le flux, permet d’arrêter les matières en suspension, le plomb, le zinc et la quasi-totalité des hydrocarbures légers.

Techneau a développé de son côté un décanteur dépollueur spécialement adapté aux petites surfaces le Décanteau type NV. Sa configuration hydraulique permet de stocker 300 L de liquides légers lors d’un déversement accidentel, et d’empêcher un relargage éventuel. Le volume utile du silo de stockage autorise un stockage minimum de 5 m3/ha en sables et boues. Une amorce de regard de diamètre 800 mm permet l’accès au cuvelage, ainsi que la récupération des flottants et des matières décantées. Ce décanteur est équipé d’un faisceau tubulaire de décantation en PVC type AlvéEau qui se présente sous la forme d’un assemblage de profils rectilignes de section constante, de surface lisses et parallèles entre eux. Les tubes composant ce faisceau sont inclinés à 60° par rapport à l’horizontale et présentent un diamètre hydraulique de 35 mm. Il développe une surface active de décantation correspondant à une charge hydraulique de 2 m/h à 40 ls/ha.

Fränkische et Saint-Dizier proposent également des ouvrages décentralisés de la taille d’un regard qui s’intègrent dans le réseau existant et permettent également de recueillir et traiter les eaux de ruissellement sur des petites surfaces. Le nouveau Sedi-point de Fränkische a été présenté à Pollutec 2016 est fondé sur le même principe que le Sedi-pipe, décanteur horizontal avec séparateur de flux. De conception compacte et verticale, d’une hauteur de 1,02 m à 2,50 m avec extension, le Sedi-point est adapté aux espaces restreints et précieux des environnements urbains et peut être installé sous des zones circulées jusqu’à 60 tonnes. Il traite les eaux pluviales recueillies sur des surfaces de 300 à 2000 m² avec des taux d’abattement des MES de 65 à 85 % selon la pluviométrie locale.

L’eau pénètre dans l’ouvrage par le bas, dans la chambre de décantation, et le flux est contraint à un mouvement en spirale vers le haut par la configuration particulière du collecteur de sédiments. Ce mouvement ralentit l’eau et favorise la décantation des particules fines qui ne sont plus remobilisables grâce à des grilles horizontales, séparatrices de flux, qui créent des zones sans turbulences. Les polluants légers comme les huiles remontent et sont retenus par le tube central immergé.

Un tube de maintenance avec tige télescopique permet un nettoyage aisé par aspiration et jet haute pression, sans faire appel à une entreprise spécialisée. Le fabricant prévoit pour 2017 le développement d’autres systèmes de traitements adaptés aux techniques alternatives. « Ces systèmes seront conçus sur le modèle de notre système Storm, un ouvrage standard polyvalent qui peut accueillir au choix un dégrilleur, un limitateur de débit par ajutage ou un régulateur par effet vortex, précise Géraldine Rousseau chez Fränkische. Ces équipements autonomes, à intégrer dans les réseaux et réalisés sur mesure, pourront répondre avec souplesse aux différents besoins de traitement ».

Saint Dizier Environnement de son côté a conçu une unité de traitement, le Stoppol, basée sur une décantation poussée des eaux pluviales recueillies sur des surfaces de 1 000 m² maximum.

Cet ouvrage compact, de 1 m de diamètre et 1,5 m de hauteur, comporte une étape de dégrillage, une répartition sur des coupelles de décantation en entonnoirs emboîtées verticalement qui piègent les MES dans le fond de cuve. « Ce système innovant, breveté à l’international, permet un abattement moyen de 79,9 % des matières en suspension, précise Jean-Yves Viau, directeur opérationnel chez Saint Dizier Environnement. Sa configuration prévient la remobilisation des MES même lorsque le volume des boues piégées est important. C’est une caractéristique essentielle pour le traitement des eaux pluviales dont les débits varient énormément. Son efficacité a été validée par le laboratoire indépendant allemand IKT et est certifié NRW (certification allemande selon la méthode Dibt) ».

L’ouvrage dispose également d’une colonne d’aspiration des boues et d’un caillebotis d’accès permettant un entretien aisé (une vidange annuelle). Il peut être équipé d’un filtre absorbant et adsorbant piégeant la pollution colloïdale et dissoute. « Le filtre est un élément incontournable pour traiter les eaux qui ont faiblement ruisselé car le temps d’échange avec les MES est court et environ la moitié de la pollution reste sous sa forme dissoute, indique Jean-Yves Viau. Ce filtre fait aussi l’objet d’un brevet à l’international ». Il est conçu en couches successives pour une filtration progressive : d’abord un filtre textile qui arrête les éléments grossiers ayant une densité proche de celle de l’eau et susceptibles de colmater les filtres, puis un lit de filtration composé de charbon actif et d’un média oléophile pour piéger les HAP, DCO et métaux lourds.

Cette conception permet d’optimiser la surface active des produits. L’eau traitée peut alors être rejetée dans le milieu naturel ou infiltrée sans risque de contamination des milieux aquatiques et des sols. Stoppol a ainsi été adopté pour gérer les eaux de ruissellement d’un carrefour sur la route nationale B229 en Rhénanie-du-Nord-Westphalie (Allemagne) qui ne pouvaient être raccordées au système de collecte de la voirie, avant de rejeter l’eau dans un petit cours d’eau, la Röhr. Stoppol a également permis à la coopérative régionale des vins de Champagne (Reims), installation classée pour la protection de l’environnement (ICPE), de rejeter des eaux de qualité conforme dans le réseau. Equipés de filtres pour la pollution dissoute, les ouvrages ont permis l’abattement de 94 % des MES, 62 % de la BDO5 et 55 % de l’azote.

Nouveau paradigme, nouvelle organisation

Malgré les avantages démontrés de la gestion intégrée des eaux pluviales, cette approche peine à s’imposer. Elle progresse cependant. À Lyon, depuis 1995, toute construction au sein de l’agglomération doit gérer à la source ses eaux pluviales, règle renforcée en 2005. La métropole a également signé fin novembre 2016 avec l’agence de l’eau un contrat qui rompt avec la politique du tout tuyau.

L’agglomération vise la désimperméabilisation de 113 hectares d’ici 2019.

On la trouve également à l’œuvre dans les nouveaux projets comme la construction d’éco-quartiers pour lesquels la gestion locale de l’eau pluviale fait partie des 14 cibles visées par la démarche haute qualité environnementale (HQE).

En revanche, elle est peu appliquée lorsqu’il s’agit de réhabiliter les quartiers anciens et donc de les préserver de dégâts éventuels dus aux inondations. « Traiter l’eau où elle tombe suppose une action concertée de secteurs fonctionnant traditionnellement de façon autonome ainsi que la remise en cause des savoirs anciens, confie Jean-Jacques Hérin. La clé du succès réside dans un changement organisationnel avec un portage politique fort, une animation assurée par le service d’assainissement et une animation d’ordre plus générale que l’Adopta réalise en diffusant les retours d’expériences, de techniques, de démarche,… »

Et les résultats sont là. « Avec 25 % de notre territoire géré par des techniques alternatives, nous avons réduit d’un facteur 3 les rejets dans les déversoirs du Douaisis, sans investissement sur les réseaux. Nous économisons par ailleurs un million d’euros par an sur les coûts d’exploitation pour la gestion des eaux pluviales par rapport à un territoire et une population comparables (120 000 habitants) ».