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En tirant parti des capacités inhérentes aux plantes, au sol, aux microorganismes et aux cycles hydrologiques naturels, l'infrastructure verte offre des solutions durables, rentables et bénéfiques pour l'environnement pour traiter les eaux usées, gérer le ruissellement des eaux pluviales et améliorer la résilience urbaine. Ce guide exhaustif explore les principes fondamentaux de conception, les composantes clés, les stratégies de mise en oeuvre et les études de cas dans le monde réel qui démontrent l'efficacité de l'infrastructure verte dans la gestion moderne des eaux usées.

Comprendre l'infrastructure verte dans la gestion des eaux usées

L'infrastructure verte est de plus en plus reconnue comme une occasion importante de relever les défis complexes de la gestion de l'eau, en se référant aux systèmes naturels ou semi-naturels qui fournissent des services de gestion des ressources en eau avec des avantages équivalents ou similaires à ceux des infrastructures d'eau « grises » classiques. Contrairement aux systèmes traditionnels d'ingénierie qui dépendent fortement de procédés mécaniques à forte intensité énergétique, l'infrastructure verte exploite les processus naturels pour traiter les eaux usées tout en offrant de multiples avantages, y compris la création d'habitats, la séquestration du carbone, l'amélioration esthétique et les possibilités récréatives.

Les recherches ont montré qu'une transition vers des approches de traitement des eaux usées vertes aux États-Unis qui tire parti du potentiel de financement du carbone pourrait permettre d'économiser 15,6 milliards de dollars et un peu moins de 30 millions de tonnes d'émissions équivalentes en CO2 sur 40 ans.

L'Environmental Protection Agency des États-Unis estime que 10 billions de gallons de ruissellement d'eaux pluviales non traitées, contenant tout, des eaux usées brutes aux eaux de décharge aux toxines, pénètrent chaque année dans les voies navigables des États-Unis par les réseaux d'égouts urbains, polluant l'environnement et l'eau potable.

Principes fondamentaux de conception de l'infrastructure verte

L'efficacité de l'infrastructure verte pour la gestion des eaux usées repose sur plusieurs principes fondamentaux de conception qui assurent un rendement optimal, la longévité et les avantages environnementaux.

Mimitage des cycles hydrologiques naturels

En s'appuyant sur les plantes, les sols et les systèmes naturels pour gérer le ruissellement des précipitations, l'infrastructure verte s'attaque aux problèmes d'eau urbaine et stimule la résilience climatique. L'objectif principal est de restaurer ou de maintenir les processus hydrologiques naturels perturbés par l'urbanisation et le développement, notamment en favorisant l'infiltration, l'évapotranspiration et la filtration naturelle plutôt que de se contenter de systèmes de transport qui transportent rapidement l'eau loin de sa source.

Dans ces systèmes, le drainage, les précipitations, le débit d'eaux usées et l'évapotranspiration sont des paramètres techniques qui doivent être pris en compte en fonction des conditions locales.

Adaptation spécifique au site et conditions locales

Comme chaque région peut présenter des conditions climatiques très différentes, les détails de conception des systèmes d'évapotranspiration peuvent dépendre des conditions locales. La mise en oeuvre réussie d'infrastructures vertes nécessite une compréhension approfondie du climat local, des caractéristiques du sol, de la topographie, de la végétation et des infrastructures existantes.

L'exploitation satisfaisante peut être influencée par des facteurs tels que les variations climatiques saisonnières, la construction de lits, la capillarité des matériaux et le débit des eaux usées, ainsi que par le choix du site d'installation, ce qui souligne l'importance d'une évaluation exhaustive du site et d'approches de conception adaptatives qui tiennent compte des conditions et des contraintes environnementales locales.

Intégration avec les infrastructures existantes

La gestion intégrée de l'eau consiste à examiner l'ensemble du cycle de l'eau et à intégrer divers processus liés à l'eau. La remise en état de l'infrastructure de traitement des eaux usées permet d'adopter une approche holistique de la gestion de l'eau.

Au lieu de considérer l'infrastructure verte comme un remplacement complet des systèmes conventionnels, l'approche la plus efficace implique souvent une intégration stratégique qui tire parti des forces des deux approches. L'examen examine les SDT comme une approche « complémentaire-non-compétitive » . Cette perspective complémentaire permet aux collectivités d'optimiser leurs systèmes de gestion des eaux usées en combinant l'infrastructure verte et grise de manière à maximiser le rendement, la résilience et la rentabilité.

Promotion de la biodiversité et des services écosystémiques

Au-delà des fonctions de traitement de l'eau, une infrastructure verte bien conçue crée un habitat précieux pour diverses espèces végétales et animales, soutient les pollinisateurs, améliore la biodiversité urbaine et fournit des services écosystémiques importants qui profitent tant aux communautés humaines qu'aux milieux naturels.

Les milieux humides construits peuvent offrir de nombreux avantages en plus de l'amélioration de la qualité de l'eau, comme l'habitat faunique qui soutient le tourisme et d'autres sports, et ils améliorent l'amélioration esthétique des espaces ouverts.

Durabilité et récupération des ressources

Dans le contexte de la refonte des infrastructures, des concepts tels que le traitement décentralisé des eaux usées, la récupération des ressources et la durabilité sont essentiels. La récupération des ressources vise à extraire des ressources précieuses, comme l'énergie ou les nutriments, des eaux usées.

Les infrastructures vertes modernes mettent de plus en plus l'accent sur les principes de l'économie circulaire qui considèrent les eaux usées non comme des déchets mais comme une ressource, notamment la récupération des nutriments à des fins agricoles, la production d'énergie par digestion anaérobie et la production d'eau recyclée pour des applications non potables telles que l'irrigation, les procédés industriels et la recharge des eaux souterraines.

Composantes clés et technologies de l'infrastructure verte

L'infrastructure verte de gestion des eaux usées comprend un éventail diversifié de composants et de technologies, qui conviennent à des applications particulières, aux conditions du site et aux objectifs de traitement.

Zones humides construites

Les milieux humides construits sont des systèmes conçus qui utilisent les fonctions naturelles de la végétation, du sol et des organismes pour assurer un traitement secondaire aux eaux usées. Les milieux humides construits représentent l'une des technologies d'infrastructure verte les plus largement mises en oeuvre et bien étudiées pour le traitement des eaux usées.

Types de zones humides construites

En général, les milieux humides construits peuvent être classés selon différents critères, comme l'hydrologie (écoulement de surface et débit de subsurface), les types de macrophytes (déplacement libre, émergence et immersion) et le chemin de circulation (horizontal ou vertical). Comme mentionné précédemment, il existe de nombreux types de milieux humides construits, y compris les milieux humides en écoulement de surface (SF), les milieux humides en écoulement de subsurface (SFS) et les systèmes hybrides, qui englobent les milieux humides en écoulement de surface et de subsurface.

Les deux principaux types de milieux humides construits sont le débit de surface et le débit souterrain. Les milieux humides de surface sont constitués de bassins peu profonds dans le sol ou tout autre milieu qui soutiendra les racines des plantes.

Les milieux humides de fond sont généralement construits avec un matériau poreux comme le sol, le sable ou le gravier pour un substrat. Ils sont conçus de façon à ce que l'eau coule sous la surface du sol à travers le substrat.

Mécanismes de traitement dans les zones humides construites

Les processus physiques, chimiques et biologiques se combinent dans les milieux humides pour éliminer les contaminants des eaux usées. Théoriquement, le traitement des eaux usées dans une zone humide construite se fait à l'intérieur d'un milieu humide et de la rhizosphère végétale.

Les processus chimiques naturels et périphytoniques sont responsables d'environ 90 % de l'élimination des polluants et de la dégradation des déchets. Les plantes éliminent environ sept à dix pour cent des polluants et agissent comme source de carbone pour les microbes lorsqu'ils se décomposent, ce qui met en évidence le rôle critique des communautés microbiennes dans les systèmes de traitement des zones humides.

À mesure que les eaux usées pénètrent dans la zone humide, leur vitesse d'écoulement ralentit considérablement, ce qui permet aux particules en suspension, comme les sédiments et les matières organiques, de s'installer hors de la colonne d'eau.

Les bactéries et les microorganismes bénéfiques prospèrent dans cet environnement riche en oxygène. Ces microbes jouent un rôle crucial dans la biodégradation des polluants organiques, des pathogènes et d'autres contaminants présents dans les eaux usées. Par des processus comme la décomposition aérobie, ces microorganismes décomposent les composés organiques complexes en substances plus simples et moins nocives, purifiant davantage l'eau au cours de son passage dans la zone humide.

Rendement et applications

Après cinq décennies de recherche, les milieux humides construits sont reconnus comme une technologie fiable de traitement des eaux usées. La vaste expérience de recherche et d'exploitation accumulée au fil des décennies a établi les milieux humides comme des systèmes éprouvés et efficaces pour diverses applications de traitement des eaux usées.

Les milieux humides construits ont été le plus souvent utilisés dans le traitement des eaux usées pour contrôler les matières organiques, les éléments nutritifs (tels que l'azote et le phosphore), le traitement des lixiviats provenant des décharges et les sédiments en suspension (p. ex., ruissellement agricole).

Ce document décrit brièvement 17 systèmes de traitement des terres humides de tout le pays qui offrent des avantages importants en matière de qualité de l'eau tout en démontrant des avantages supplémentaires comme l'habitat faunique.

Avantages et limites

Les avantages des armes de destruction massive sont les suivants : i) coût de construction faible par rapport aux autres méthodes d'assainissement; ii) approche respectueuse de l'environnement, qui est considérée avec la faveur du public; iii) coûts relativement faibles d'entretien et d'exploitation; iv) grande souplesse dans la conception du paysage pour fournir un habitat aux animaux sauvages et aux organismes; et v) terres humides pour faciliter la réutilisation des eaux traitées.

L'un des avantages les plus importants des zones humides construites est leur rentabilité. Les stations traditionnelles de traitement des eaux usées nécessitent souvent des investissements considérables en immobilisations pour la construction, ainsi que des dépenses d'exploitation et d'entretien permanentes.

Les installations de traitement des eaux usées conventionnelles comptent beaucoup sur des aérateurs mécaniques, des pompes et d'autres équipements à forte intensité énergétique pour assurer la purification de l'eau.Les zones humides construites utilisent toutefois les capacités naturelles des plantes, des sols et des communautés microbiennes pour traiter les eaux usées, ce qui nécessite un apport énergétique minimal.Les sources d'énergie primaires sont la lumière du soleil et des processus naturels tels que la photosynthèse et le métabolisme microbien.

Les terres humides construites ont toutefois des limites qui doivent être prises en compte au cours de la planification et de la conception. Bien qu'elles présentent de grands avantages, certaines limites sont imposées aux espèces en péril, notamment : i) l'exigence de vastes superficies par rapport aux autres méthodes d'assainissement, ii) l'incompatibilité du traitement par rapport aux autres méthodes de traitement des eaux usées, iii) l'impossibilité de traiter si le rejet doit respecter des normes précises, iv) l'ammoniac et les pesticides ont des effets néfastes sur les plantes et les microorganismes, et v) la faible tolérance aux conditions de séchage quasi complètes.

Par rapport aux systèmes classiques de traitement des eaux usées, les terres humides construites exigent généralement des terres plus vastes. Même si le traitement des terres humides peut être économique par rapport à d'autres options, cela ne s'applique qu'à des endroits où les terres sont disponibles et abordables.

Toits et murs verts

Infrastructure verte : L'utilisation de systèmes naturels, tels que les zones humides et les toits verts, aide à gérer les eaux pluviales et à réduire les risques d'inondation.

Les toits verts sont constitués de couches de végétation installées sur les toits des bâtiments, ce qui offre de multiples avantages, notamment la rétention des eaux pluviales, l'isolation des bâtiments, l'atténuation des îles thermales urbaines, l'amélioration de la qualité de l'air et l'amélioration esthétique.

Les murs vivants ou verts étendent ces avantages aux surfaces verticales des bâtiments, créant ainsi une zone de végétation supplémentaire dans les milieux urbains.Les deux technologies contribuent à améliorer la qualité de l'eau en filtrant les polluants atmosphériques et en réduisant la contamination des eaux pluviales, tout en assurant simultanément la régulation thermique, la réduction du bruit et l'habitat de la biodiversité.

Pavages perméables

Ces travaux comprennent le reboisement et le boisement, la conservation et la construction des zones humides, les débâcles, les contournements des crues et la protection côtière, ainsi qu'un certain nombre d'options urbaines, telles que les toits verts et les chaussées perméables.

Les systèmes de chaussée perméables consistent généralement en une couche poreuse (comme l'asphalte poreux, le béton pervieux ou les pavés perméables) sous-jacente par des couches de base agrégées qui fournissent un support structurel et une capacité de stockage de l'eau.

Ces systèmes sont particulièrement efficaces dans les stationnements, les trottoirs, les places et les routes à faible trafic, où ils peuvent réduire de façon significative la surface imperméable et les problèmes de ruissellement associés.

Jardins et bioswales pluviaux

Les solutions d'infrastructure verte, comme les milieux humides construits, les jardins pluviaux et les bioswales, peuvent naturellement traiter les eaux usées tout en offrant des avantages supplémentaires, comme la création d'habitats et la gestion des eaux pluviales.

Les jardins pluviaux sont des dépressions peu profondes et végétales conçues pour étanger et infiltrer temporairement les eaux de ruissellement des toits, des allées et d'autres zones imperméables. Ils présentent généralement des plantes indigènes choisies pour leur capacité à tolérer les conditions humides et sèches, des systèmes de racines profondes qui améliorent l'infiltration et des sols modifiés qui favorisent le traitement de la qualité de l'eau.

Contrairement aux fossés de drainage classiques, les bioswales comprennent la végétation, les sols aménagés et les pentes douces qui ralentissent le débit de l'eau, favorisent l'infiltration et facilitent l'élimination des polluants. Ils sont couramment utilisés le long des routes, dans les îles des parcs de stationnement et sont des caractéristiques linéaires reliant d'autres éléments d'infrastructure verte.

Canopées et végétation des arbres urbains

Les arbres et la végétation urbains représentent des éléments d'infrastructure vert fondamental qui offrent de multiples avantages en matière de gestion de l'eau. Les canopées interceptent les précipitations avant qu'elles n'atteignent le sol, réduisant ainsi le volume de ruissellement et les débits de pointe.

Les forêts urbaines améliorent également la qualité de l'air, fournissent de l'ombre qui réduit les effets de l'île de chaleur, séquestrent le carbone et créent un habitat pour la faune urbaine. La plantation stratégique d'arbres dans les bassins versants urbains peut réduire de façon significative les volumes de ruissellement des eaux pluviales et les problèmes associés à la qualité de l'eau.

Considérations de conception et pratiques exemplaires

La mise en oeuvre réussie d'une infrastructure verte pour la gestion des eaux usées exige une attention particulière aux détails de conception, aux conditions du site et aux exigences opérationnelles.

Conception hydraulique et calibrage

La conception hydraulique adéquate permet aux systèmes d'infrastructure verte de gérer les débits et les débits prévus tout en assurant un traitement adéquat, notamment en déterminant le calibrage approprié en fonction de la superficie de drainage, des précipitations, des taux d'infiltration du sol et des objectifs de traitement.

Les paramètres de conception et les conditions d'exploitation des CW, y compris les espèces végétales, les types de substrats, la profondeur de l'eau, la charge hydraulique, le temps de rétention hydraulique et le mode d'alimentation, liés à l'exploitation durable pour le traitement des eaux usées, ont été ensuite des disques.

Sélection des plantes et gestion de la végétation

Les taux d'absorption des métaux lourds varient selon les espèces aquatiques, ce qui permet de choisir les plantes dans une zone humide construite utilisée pour le traitement de l'eau.

Les espèces végétales appropriées devraient être choisies en fonction du climat, de la profondeur de l'eau, de la tolérance aux polluants, des objectifs de traitement et des exigences d'entretien.

Substrat et sélection des médias

Le substrat ou le milieu utilisé dans les systèmes d'infrastructure verte influe de façon significative sur la performance du traitement, la conductivité hydraulique et la longévité.

Les matériaux de substrat communs comprennent diverses combinaisons de sol, de sable, de gravier, de compost et de milieux spécialisés. La sélection dépend des objectifs de traitement, des conditions du site et des considérations de coûts.

Prétraitement et intégration du système

Certaines applications des zones humides de traitement, comme le traitement des eaux usées municipales et agricoles, nécessitent un prétraitement de l'eau à l'aide d'étangs de décantation, de lagunes aérées ou d'autres technologies.

L'intégration efficace du système tient compte de la façon dont les éléments d'infrastructure verte fonctionnent ensemble et s'interfacent avec l'infrastructure conventionnelle, notamment en concevant des connexions appropriées, en prévoyant des dispositions de débordement et en redondant pour assurer des performances fiables dans des conditions variables.

Surveillance et gestion adaptative

La surveillance continue et la gestion adaptative sont essentielles pour maintenir le rendement optimal des systèmes d'infrastructure verte. La surveillance devrait suivre les paramètres de qualité de l'eau et les indicateurs de l'état du système, comme la santé de la végétation, les taux d'infiltration et l'intégrité structurelle.

Gestion adaptative : Avec des stratégies de gestion flexibles, les gouvernements peuvent réagir à l'évolution des conditions climatiques pour assurer la durabilité des ressources en eau. Cette approche adaptative est particulièrement importante compte tenu des incertitudes liées au changement climatique et à l'évolution des conditions urbaines.

Stratégies de mise en œuvre et planification

La mise en œuvre réussie d'infrastructures vertes exige une planification stratégique qui tienne compte des dimensions techniques, institutionnelles, financières et sociales.

Planification intégrée et conception multi-objectif

La planification de l'infrastructure verte devrait être intégrée à des stratégies plus vastes de gestion des bassins versants, d'aménagement du territoire et d'investissement dans l'infrastructure, ce qui permet de réaliser simultanément plusieurs objectifs, comme la gestion des eaux pluviales et l'aménagement du parc, la restauration de l'habitat ou la revitalisation de la collectivité.

La conception multi-objectifs maximise la valeur et les avantages des investissements dans les infrastructures vertes en concevant intentionnellement des systèmes pour offrir de multiples services. Par exemple, une zone humide construite pourrait être conçue pour traiter les eaux usées tout en offrant des sentiers récréatifs, des possibilités d'éducation environnementale et des habitats fauniques.

Engagement des parties prenantes et participation communautaire

La participation des intervenants et la participation du public favorisent une prise de décisions plus inclusive et l'amélioration des résultats des projets.

Une innovation de gestion des ressources en eau s'est produite lorsque Sweetwater, une installation de traitement des eaux usées des zones humides construite, peut devenir un projet communautaire ou civique, les citoyens consentant volontiers à consacrer du temps et des efforts, en proposant des suggestions de conception à la création de logos et à la plantation d'arbres. Le projet sert évidemment un objectif plus large que le simple traitement des eaux usées.

Cadre réglementaire et appui aux politiques

La modernisation des règlements aux niveaux national, national et local est une étape cruciale pour l'utilisation des infrastructures vertes.Ces dernières années, la NRDC a contribué à renforcer les permis et les règlements relatifs aux eaux pluviales dans des endroits comme la Californie, le New Jersey et Washington.

Les normes de gestion des eaux pluviales qui reconnaissent les pratiques en matière d'infrastructure verte, les programmes d'encouragement qui encouragent la mise en oeuvre volontaire et les processus d'autorisation simplifiés pour les projets d'infrastructure verte sont des normes de conception et des critères de rendement clairs qui permettent d'assurer la mise en oeuvre de la qualité tout en offrant une souplesse pour l'adaptation propre au site.

Financement et considérations économiques

Divers mécanismes de financement peuvent appuyer la mise en œuvre d'infrastructures vertes, notamment les budgets d'investissement municipaux traditionnels, les redevances d'utilisation des eaux pluviales, les obligations vertes, les partenariats public-privé, les subventions et les approches novatrices telles que le paiement des services écosystémiques.

L'analyse économique devrait tenir compte des coûts et des avantages de l'infrastructure verte pour le cycle de vie complet par rapport aux solutions de rechange classiques.

Renforcement des capacités et assistance technique

Le renforcement des capacités locales en matière de conception, de construction et d'entretien écologiques est essentiel pour assurer le succès à long terme, notamment en ce qui concerne les programmes de formation destinés au personnel municipal, aux professionnels de la conception, aux entrepreneurs et au personnel d'entretien.

Le partage des connaissances par le biais d'études de cas, de projets de démonstration, de manuels de conception et de réseaux de pairs accélère l'apprentissage et favorise l'adoption plus large d'approches en matière d'infrastructures vertes.

Études de cas de mise en œuvre réussie

Des exemples concrets montrent l'application pratique et les avantages de l'infrastructure verte pour la gestion des eaux usées dans divers contextes et échelles. Les études de cas suivantes illustrent les stratégies et les résultats de mise en oeuvre réussies.

Portland, Oregon : Programme d'infrastructure verte à l'échelle de la ville

Portland est devenu un chef de file national dans la mise en oeuvre d'infrastructures vertes, avec un vaste programme qui comprend des milliers d'installations de rue vertes, de toits écologiques et d'autres éléments d'infrastructures vertes répartis dans toute la ville. Le programme a commencé au début des années 2000 dans le cadre de la stratégie de la ville visant à traiter les débordements d'égouts combinés et a évolué en une approche globale de la gestion durable des eaux pluviales.

Les rues vertes de Portland comprennent des bioswales, des jardins pluviaux et des chaussées perméables le long des routes pour capturer et traiter les eaux pluviales. Ces installations ont permis de réduire considérablement le volume des eaux pluviales et les charges polluantes tout en apportant des améliorations esthétiques et des aménagements communautaires.

Le programme a également généré d'importants avantages conjoints, notamment une meilleure qualité de l'air, une réduction des effets de l'île de chaleur urbaine, une amélioration des valeurs foncières et une plus grande viabilité des collectivités.

Singapour : Programme global de toiture verte

Singapour a mis en œuvre l'un des programmes de toits verts les plus ambitieux au monde dans le cadre de sa stratégie plus vaste de devenir une « ville dans un jardin ». Le programme comprend de vastes toits verts sur les bâtiments gouvernementaux, des aménagements commerciaux et des complexes résidentiels dans l'ensemble de la ville-État.

Les toits verts de Singapour sont intégrés à la stratégie globale de gestion de l'eau de la ville, qui comprend la récolte des eaux de pluie, le recyclage de l'eau et les technologies de traitement de pointe. Les toits verts capturent et stockent temporairement les précipitations, réduisent les débits de pointe vers le système de drainage et réduisent les risques d'inondation.

L'expérience de Singapour montre comment l'infrastructure verte peut être mise en oeuvre avec succès dans les climats tropicaux et dans des milieux fortement urbanisés où les terres sont extrêmement limitées et précieuses.

Tres Rios Construits Wetlands, Phoenix, Arizona

Le projet de démonstration des terres humides construites à Tres Rios, à l'extérieur de Phoenix, démontre certains des avantages des terres humides construites. L'installation teste l'efficacité des terres humides pour traiter les effluents de l'usine de traitement des eaux usées de la 91e Avenue de Phoenix.

En faisant double emploi avec les processus naturels qui se produisent dans les écosystèmes des zones humides, Tres Rios est bien plus qu'une installation de traitement des eaux usées très efficace. Tres Rios est devenu dans une certaine mesure la chose réelle, une zone humide fonctionnelle, un site avec de l'eau disponible et une végétation émergente attrayante pour la faune variée.

Les terres humides de Tres Rios ont traité avec succès des millions de gallons d'effluents d'eaux usées tout en créant un habitat faunique précieux dans la région métropolitaine de Phoenix. Le site est devenu une étape importante pour les oiseaux migrateurs et soutient diverses communautés végétales et animales. Il offre également des possibilités récréatives et éducatives à la collectivité, changeant les perceptions du public au sujet du traitement des eaux usées et de la réutilisation de l'eau.

District municipal de services publics de East Bay, Californie

Un exemple notable est la station de traitement des eaux usées du district municipal d'East Bay en Californie, qui a mis en place des procédés de traitement avancés et des solutions d'infrastructure verte, notamment une amélioration de la qualité de l'eau, une réduction de la consommation d'énergie et l'amélioration des services écosystémiques.

Ce projet démontre l'intégration réussie de l'infrastructure verte aux procédés de traitement conventionnels pour obtenir des performances supérieures et des avantages multiples. L'installation combine un traitement mécanique avancé avec des milieux humides construits et d'autres éléments d'infrastructure verte pour fournir des effluents de haute qualité tout en minimisant la consommation d'énergie et les impacts environnementaux.

Les composantes de l'infrastructure verte assurent le polissage des effluents traités de façon conventionnelle, en éliminant les nutriments résiduels et d'autres contaminants tout en créant des habitats et des commodités esthétiques.

Jérôme, Arizona: Terre humide construite par la communauté

Récemment convertie en milieux humides construits, la ville de Jérôme a choisi ce procédé plutôt qu'une usine de traitement mécanique pour traiter ses eaux usées. L'entretien de la station de traitement mécanique devait coûter environ 1 000 $ par mois, tandis que le coût de l'entretien de la zone humide devrait être « faible ou nul ».

Cet exemple à petite échelle illustre comment les zones humides construites peuvent fournir des solutions de traitement des eaux usées rentables pour les petites collectivités et les zones rurales. La différence considérable des coûts d'exploitation entre le traitement mécanique et les zones humides construites a rendu l'approche de l'infrastructure verte particulièrement attrayante pour cette petite ville aux ressources limitées.

L'expérience de Jérôme démontre que l'infrastructure verte peut être mise en oeuvre avec succès à diverses échelles et que les avantages économiques peuvent être particulièrement importants pour les petites collectivités où les coûts d'exploitation et d'entretien des installations de traitement classiques représentent un fardeau considérable.

Initiatives européennes de recyclage industriel de l'eau

Le parc chimique de Brightsite aux Pays-Bas recycle 90 % de ses eaux usées produites pour la production d'hydrogène vert adjacent (TNO, 2023). De même, l'usine de Ludwigshafen de BASF en Allemagne récupère 500 000 tonnes d'eau de procédé par an pour les systèmes de refroidissement.

Ces applications industrielles démontrent comment les principes de l'infrastructure verte et le recyclage de l'eau peuvent être appliqués dans les milieux industriels pour obtenir des taux remarquables de conservation et de réutilisation de l'eau. L'intégration du traitement des eaux usées à la récupération et à la réutilisation des ressources représente une évolution importante vers des approches d'économie circulaire dans la gestion industrielle de l'eau.

Ces projets montrent que les infrastructures vertes et les pratiques de gestion durable de l'eau ne se limitent pas aux applications municipales, mais peuvent aussi procurer des avantages importants dans les contextes industriels.

Tendances actuelles et technologies émergentes

Le domaine de l'infrastructure verte pour la gestion des eaux usées continue d'évoluer avec les nouvelles technologies, approches et applications qui découlent de la recherche et de l'innovation en cours.

Digitalisation et technologies intelligentes

La numérisation est à l'avant-garde de tous les systèmes municipaux d'assainissement, améliorant les processus de traitement par des capteurs intelligents, IoT et jumelles numériques. L'intégration des technologies numériques à l'infrastructure verte permet une surveillance en temps réel, une maintenance prédictive et des opérations optimisées.

Les capteurs intelligents peuvent surveiller les paramètres de qualité de l'eau, les débits, l'humidité du sol et la santé de la végétation, en fournissant des données qui éclairent les décisions opérationnelles et l'alerte rapide de problèmes potentiels.

Systèmes hybrides et intensifs

Le système hybride est un système à plusieurs étapes dans lequel le traitement est effectué en différentes unités qui sont conçues pour des fonctions spécifiques. Par exemple, pour le traitement des eaux usées, certaines unités sont conçues pour favoriser les réactions aérobies, tandis que d'autres sont conçues pour des conditions anaérobies.

En raison de la nécessité d'éliminer plus efficacement l'ammoniac et l'azote total, les zones humides construites en circuit vertical et horizontal ont été combinées dans les années 1990 et 2000 pour se compléter de façon à obtenir une efficacité de traitement plus élevée.

Les systèmes intensifs intègrent des améliorations telles que l'aération, la recirculation ou les médias spécialisés pour améliorer l'efficacité du traitement et réduire les exigences d'empreinte.Ces innovations rendent l'infrastructure verte plus réalisable dans les environnements urbains perturbés par l'espace tout en maintenant les avantages de la durabilité du traitement basé sur la nature.

Systèmes modulaires et décentralisés

Les systèmes de traitement modulaire sont la solution relativement nouvelle pour relever les défis dans les stations de traitement centralisées des eaux usées ou les installations industrielles d'épuration.Les stations de traitement préfabriquées présentent plusieurs avantages : Vitesse de déploiement : Les stations de traitement modulaire des eaux usées peuvent être fabriquées hors site et rapidement assemblées, ce qui réduit considérablement le temps de construction.

Les systèmes décentralisés de traitement des eaux usées offrent des avantages tels que la réduction de la consommation d'énergie, la réduction des coûts d'infrastructure et le potentiel de récupération des ressources.

Les systèmes modulaires d'infrastructure verte peuvent être préfabriqués et rapidement déployés, ce qui réduit le temps et les coûts d'installation, particulièrement utiles pour les applications temporaires, le développement progressif ou les situations où une mise en œuvre rapide est nécessaire.

Résilience et adaptation au climat

Environ 30 % de la population européenne est confrontée à un stress hydrique en moyenne pendant une année, situation qui est le résultat du changement climatique et de la demande croissante.

L'accent mis sur la résilience et l'adaptation aux changements climatiques dans le développement des infrastructures d'assainissement: L'amélioration de la résilience et de l'adaptation aux impacts des changements climatiques devrait faire partie intégrante du développement futur des infrastructures d'assainissement.

Les approches de conception intègrent de plus en plus les projections des changements climatiques pour les modèles de précipitations, la température et les événements extrêmes.

Traitement avancé et récupération des ressources

Les bioréacteurs membraneux combinent le processus conventionnel de boues activées et la filtration membranaire, ce qui permet d'éliminer efficacement les polluants. L'intégration de technologies de traitement avancées avec une infrastructure verte permet de mieux traiter les déchets et de récupérer les ressources.

Les nouvelles approches comprennent la combinaison de milieux humides construits et de filtration à membrane, l'incorporation de biochar ou d'autres milieux avancés pour l'élimination accrue des polluants et l'intégration de systèmes de récupération des nutriments qui captent des ressources précieuses provenant des eaux usées.

Défis et solutions

Bien que les infrastructures vertes offrent des avantages considérables pour la gestion des eaux usées, leur mise en oeuvre réussie exige de relever divers défis techniques, institutionnels et sociaux.

Exigences en matière de terrains et contraintes spatiales

La superficie relativement grande requise pour de nombreux systèmes d'infrastructure verte représente un défi important, en particulier dans les environnements urbains denses où les terres sont rares et coûteuses. Les solutions comprennent des infrastructures vertes verticales telles que les toits et les murs verts, des systèmes de traitement intensifiés avec des empreintes de pas plus petites, et l'utilisation créative d'espaces sous-utilisés tels que les stationnements, les emprises et les parcelles vacantes.

La conception multifonctionnelle qui combine la gestion de l'eau et d'autres utilisations des terres, comme les parcs, les champs d'athlétisme ou les jardins communautaires, peut aider à justifier l'attribution de terres pour les infrastructures vertes.

Variabilité et fiabilité des performances

L'efficacité du traitement des milieux humides construits peut varier selon les conditions environnementales, notamment en raison des précipitations et de la sécheresse ou de l'espace, en fonction des conditions météorologiques existantes à différents endroits.

La variabilité des performances peut être abordée par une conception prudente qui tient compte des variations saisonnières, du calibrage approprié avec les facteurs de sécurité, des systèmes hybrides qui combinent l'infrastructure verte et grise et une gestion adaptative qui ajuste les opérations en fonction des données de surveillance.

Exigences en matière d'entretien et durabilité à long terme

Bien que l'infrastructure verte exige généralement un entretien moins intensif que les systèmes classiques, elle exige différents types d'entretien, notamment la gestion de la végétation, l'enlèvement des sédiments et la remise en état périodique.

Les ententes d'entretien, les mécanismes de financement spécialisés comme les services publics d'eau pluviale et les programmes de renforcement des capacités permettent de s'assurer que l'infrastructure verte bénéficie de soins de longue durée appropriés.

Obstacles réglementaires et institutionnels

Les cadres réglementaires élaborés pour les infrastructures classiques pourraient ne pas traiter adéquatement les infrastructures vertes, créer des incertitudes et des obstacles à leur mise en oeuvre, notamment en mettant à jour les règlements pour reconnaître et appuyer explicitement les infrastructures vertes, en élaborant des normes de conception et de rendement claires, en rationalisant les processus d'autorisation et en fournissant des conseils techniques.

Les obstacles institutionnels, comme la fragmentation des responsabilités, le manque d'expertise et la résistance au changement, peuvent être surmontés par la coordination interministérielle, les programmes de formation, les projets de démonstration qui renforcent la confiance et le leadership des élus et des cadres supérieurs.

Sensibilisation et acceptation du public

La compréhension limitée de l'infrastructure verte par le public peut poser des défis à la mise en oeuvre, particulièrement lorsque les projets nécessitent des changements dans des paysages ou des pratiques familiers.

Les projets de démonstration, l'affichage d'interprétation, la participation de la collectivité à la conception et à la mise en oeuvre et les exemples de réussite visibles contribuent tous à sensibiliser le public et à l'accepter davantage.

Perspectives et possibilités futures

L'avenir de l'infrastructure verte pour la gestion des eaux usées semble prometteur, avec une reconnaissance croissante de ses avantages, des progrès technologiques et une mise en œuvre croissante dans le monde entier.

Mise en œuvre

Possibilité d'étendre les PPP dans les infrastructures d'assainissement à l'échelle mondiale : Il existe un énorme potentiel pour accroître les PPP afin de répondre aux besoins croissants en matière d'infrastructures d'assainissement à l'échelle mondiale.

L'intégration systématique des infrastructures vertes dans la planification des infrastructures, les codes de développement et les programmes d'amélioration des immobilisations peut intégrer ces approches et atteindre une mise en oeuvre à l'échelle de la région.

Intégration aux principes de l'économie circulaire

Intégration des principes de durabilité et d'économie circulaire dans la gestion des eaux usées : L'intégration des principes de durabilité et d'économie circulaire s'améliore dans les pratiques de gestion des eaux usées.

Les possibilités comprennent la récupération des nutriments à des fins agricoles, la production d'énergie par digestion anaérobie ou d'autres procédés, la production d'eau de récupération de haute qualité pour diverses applications et l'intégration avec les systèmes d'agriculture urbaine et de production alimentaire.

Promouvoir la recherche et l'innovation

L'avenir des pratiques durables en matière de traitement des eaux usées offre un grand potentiel.Les progrès technologiques et la recherche en cours permettront d'obtenir des solutions plus efficaces et rentables.

Les domaines de recherche prioritaires comprennent les stratégies d'adaptation aux changements climatiques, l'élimination des contaminants émergents, l'intégration des technologies numériques, l'évaluation du cycle de vie et les mesures de durabilité, ainsi que les dimensions sociales et institutionnelles de la mise en oeuvre.

Partage mondial des connaissances et renforcement des capacités

La collaboration internationale et le partage des connaissances peuvent accélérer l'adoption d'infrastructures vertes dans le monde, en particulier dans les pays en développement où les besoins en infrastructures d'assainissement sont les plus importants. D'ici 2030, la demande mondiale d'eau douce devrait dépasser de 40 % l'offre, tandis que les eaux usées non traitées contaminent près de 80 % des plans d'eau des pays en développement.

Les programmes de renforcement des capacités, les initiatives de transfert de technologie, la coopération Sud-Sud et les réseaux mondiaux de praticiens et de chercheurs peuvent partager les leçons apprises, adapter les approches réussies aux contextes locaux et renforcer les capacités techniques et institutionnelles nécessaires à une mise en oeuvre généralisée.

Conclusion

L'infrastructure verte représente un changement de paradigme dans la gestion des eaux usées, passant de solutions purement conçues à des approches intégrées qui exploitent les processus naturels pour atteindre de multiples objectifs. La recherche approfondie, l'expérience pratique et les études de cas documentées examinées dans cet article démontrent que l'infrastructure verte peut fournir un traitement des eaux usées efficace, durable et rentable tout en offrant de nombreux avantages co-profits, notamment la création d'habitats, la résilience climatique, l'amélioration esthétique et les commodités communautaires.

La mise en oeuvre réussie exige une attention particulière aux principes de conception, notamment l'adaptation propre au site, l'intégration à l'infrastructure existante, la promotion de la biodiversité et l'accent sur la durabilité et la récupération des ressources.

Bien que des défis subsistent, notamment les besoins en terres, la variabilité des performances, les besoins en matière d'entretien et les obstacles institutionnels, des solutions éprouvées et des pratiques exemplaires sont disponibles pour régler ces problèmes, les perspectives futures étant positives, avec des possibilités d'étendre la mise en oeuvre, d'intégrer les principes de l'économie circulaire, de faire progresser la recherche et l'innovation et de partager les connaissances à l'échelle mondiale.

Comme les collectivités du monde entier sont confrontées à des pressions croissantes de l'urbanisation, du changement climatique et de la pénurie d'eau, les infrastructures vertes offrent une voie vers des villes plus durables, résiliables et habitables.

Pour obtenir de plus amples renseignements sur la mise en oeuvre de l'infrastructure verte, consultez les ressources du Programme d'infrastructure verte de l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis, du Guide sur l'infrastructure verte du Programme des Nations Unies pour l'environnement et des ressources en infrastructure verte du Conseil de défense des ressources naturelles[. Ces organisations fournissent des conseils techniques, des études de cas et des outils pour appuyer la planification et la mise en oeuvre de l'infrastructure verte.