Le défi croissant de la gestion des eaux pluviales urbaines

Les pluies abondantes deviennent plus fréquentes et plus intenses en raison du changement climatique, ce qui met en péril les systèmes d'égouts classiques, souvent combinés avec des égouts qui traitent les eaux pluviales et les déchets sanitaires, qui peuvent rapidement atteindre leur capacité pendant une période de dépression. Lorsqu'ils sont submergés, les eaux usées non traitées et les eaux pluviales peuvent déborder dans les rues, les sous-sols et les voies navigables locales, ce qui crée des risques pour la santé publique et des dommages à l'environnement.

Contrairement aux infrastructures grises traditionnelles qui transportent rapidement les eaux de ruissellement, les systèmes d'infiltration encouragent l'eau à se percoler dans le sol sous-jacent. Cette approche permet non seulement d'alléger le fardeau des conduites et des stations de traitement, mais aussi de reconstituer les eaux souterraines, d'améliorer la qualité de l'eau et de réduire le risque d'inondations éclair.

Comprendre l'impact des fortes précipitations sur les systèmes d'égouts

Lorsque la pluie frappe des surfaces imperméables comme les routes, les toits et les parkings, elle ne peut pas s'infiltrer dans le sol. Au lieu de cela, elle s'écoule rapidement, transportant des polluants et des débris dans les gouttières, les égouts pluviaux et les égouts combinés. Dans un système d'égouts combiné typique, les eaux pluviales s'écoulent dans les mêmes tuyaux qui transportent les eaux usées des maisons et des entreprises.

Même dans des systèmes distincts d'égouts sanitaires et pluviaux, de grands volumes d'eaux pluviales peuvent envahir les conduites conçues pour réduire les débits, provoquant des inondations et une érosion localisées. Le volume de ruissellement provenant d'une seule tempête intense peut égaler ou dépasser l'ensemble du débit quotidien sec d'une station de traitement.

Comment fonctionnent les systèmes d'infiltration

Les systèmes d'infiltration dépendent de la capacité naturelle du sol à absorber et à filtrer l'eau. L'eau de tempête est stockée temporairement dans une surface dépressive, graveuse ou poreuse, puis permise à percoler vers le bas. Le taux d'infiltration dépend de la perméabilité du sol, qui varie en fonction de la texture, du compactage et de la teneur en eau.

Ces systèmes permettent également de traiter l'eau au fur et à mesure qu'elle traverse les racines du sol et des plantes.Les solides en suspension, les nutriments, les métaux lourds et les agents pathogènes sont éliminés par filtration, adsorption et absorption biologique.Ce traitement naturel réduit les charges polluantes sur les eaux réceptrices et aide à satisfaire aux exigences réglementaires en matière de qualité des eaux pluviales.

Types de systèmes d'infiltration

Bassins d'infiltration

Les bassins d'infiltration sont des dépressions peu profondes et végétales conçues pour capturer et retenir les eaux pluviales pendant qu'ils percolent lentement dans le sol. Ils sont souvent utilisés dans les espaces ouverts, les parcs ou les grands sites commerciaux où les terres sont disponibles. Les bassins peuvent gérer les ruissellements de plusieurs acres de surface imperméable et offrir des avantages supplémentaires comme l'habitat faunique et l'espace vert récréatif.

Pavages perméables

Les chaussées perméables permettent à l'eau de passer à travers la surface dans un réservoir de pierre sous-jacent, où elle s'infiltre dans le sous-sol. Les types courants comprennent l'asphalte poreux, le béton pervieux et les pavés en béton entrelacés avec de larges joints. Ces surfaces sont idéales pour les stationnements, les routes à faible trafic, les trottoirs et les places. Elles réduisent le débit de pointe des ruissellements et améliorent la qualité de l'eau.

Infiltration Tranches

Les tranchées d'infiltration sont des fouilles linéaires remplies de gravier ou de pierre, souvent bordées de tissu géotextile. Les tranchées sont entrées dans la tranchée par un tuyau, un scalpe ou des orifices de surface, puis percolent à travers la pierre et dans le sol environnant. Les tranchées sont couramment utilisées le long des routes, des stationnements et des fondations de construction pour traiter et infiltrer les eaux de ruissellement provenant de zones de drainage relativement petites.

Jardins pluviaux et cellules de biorétention

Les cellules de bioretention sont des versions plus grandes, conçues avec un système de drainage souterrain pour gérer les débordements. Les deux s'appuient sur la végétation, le paillis et le sol modifié pour favoriser l'infiltration et l'élimination des polluants. Elles sont esthétiquement agréables et peuvent être intégrées dans les chantiers résidentiels, les parcs publics et l'aménagement paysager commercial. Les jardins pluviaux traitent généralement les ruissellements des petites zones de drainage (jusqu'à 1 acre) et sont conçus pour s'écouler dans les 48 heures. Ils fournissent un habitat aux pollinisateurs et peuvent réduire les effets de la chaleur dans les îles urbaines.

Puits secs

Les puits secs sont des structures souterraines, souvent des cylindres en béton préfabriqué ou des chambres à tuyaux perforées, qui stockent et infiltrent les eaux pluviales. Ils sont couramment utilisés pour gérer les ruissellements de toits de chaque bâtiment. L'eau des égouts est détournée dans le puits sec, où elle percole dans le sol environnant.

Avantages au-delà de la réduction de charge

Le but principal des systèmes d'infiltration est de réduire le volume et le débit maximal des eaux pluviales entrant dans les réseaux d'égouts, mais les avantages connexes sont tout aussi précieux.

Recharge des eaux souterraines

Dans de nombreuses zones urbaines, des surfaces imperméables empêchent les eaux pluviales de reconstituer les aquifères, ce qui entraîne une diminution des niveaux d'eau souterraine et une diminution du débit de base dans les cours d'eau.Les systèmes d'infiltration rétablissent cette recharge naturelle, supportent l'approvisionnement en eau potable et maintiennent les écosystèmes des cours d'eau pendant les périodes sèches. L'USGS a documenté[ que l'augmentation de l'infiltration peut atténuer de façon significative l'appauvrissement des eaux souterraines dans les bassins versants urbains.

Amélioration de la qualité de l'eau

L'infiltration par les racines du sol et des plantes élimine efficacement nombre de ces contaminants. La filtration, l'adsorption aux particules du sol et l'absorption biologique par les plantes peuvent éliminer jusqu'à 90 % des solides en suspension, 60 à 80 % du phosphore et 80 à 90 % de l'azote dans certains systèmes.

Atténuation des inondations et résilience de la collectivité

En ralentissant et en stockant les eaux de ruissellement, les systèmes d'infiltration réduisent le volume d'eau qui atteint les égouts et les cours d'eau pendant les tempêtes, ce qui peut réduire les inondations dans les rues et les dommages matériels dans les quartiers vulnérables. Dans certaines villes, le déploiement généralisé d'infrastructures vertes a permis de réduire les débits de pointe de 20 à 40 % pour les tempêtes plus petites et fréquentes.

Économies d'énergie et de coûts

Lorsque l'infiltration réduit le débit vers les stations de traitement des eaux usées, elle peut réduire la consommation d'énergie pour le pompage et le traitement. Les réservoirs de stockage et les tunnels combinés de débordement d'égout sont coûteux à construire et à entretenir; l'infiltration offre une solution de rechange décentralisée et à moindre coût.

Atténuation et esthétique des îles thermales urbaines

Les espaces verts à base d'infiltration refroidissent l'air environnant par l'évapotranspiration, atténuant l'effet de l'île de chaleur urbaine. Des systèmes végétaux comme les cellules de biorétention et les jardins pluviaux ajoutent de la verdure aux zones urbaines denses, améliorant les valeurs de propriété et la qualité de vie.

Considérations relatives à la conception et à la mise en oeuvre

Les systèmes d'infiltration efficaces exigent une planification, une conception et une construction minutieuses.

Qualité du sol

Le taux d'infiltration est le paramètre le plus critique.Les sols à forte teneur en argile ou compactage peuvent avoir une faible perméabilité et nécessiter des modifications, des sous-derniers ou d'autres approches.Les essais sur place (p. ex., essais à infiltromètre à double anneau) sont essentiels.

Profondeur du tableau des eaux souterraines et de l'eau

L'eau infiltrée ne doit pas élever la nappe trop haute ni contaminer les eaux souterraines. Une séparation minimale de 2 à 4 pieds entre le fond du système d'infiltration et la nappe d'eau saisonnièrement élevée est généralement nécessaire. Dans les zones où l'eau souterraine ou le substrat rocheux peu profond est peu profond, les systèmes peuvent devoir être moins profonds ou entièrement bordés d'un égout pluvial.

Prétraitement et entretien

Pour éviter les engorgements, les eaux pluviales devraient être prétraitées afin d'éliminer les sédiments et débris grossiers avant d'entrer dans un système d'infiltration. Les bandes de filtres à gazon, les bassins de sédiments ou les séparateurs hydrodynamiques propriétaires sont courants. L'entretien comprend l'enlèvement des sédiments accumulés, l'inspection de l'eau stagnante au-delà du temps de drainage prévu (habituellement 48 heures) et la replantation de la végétation.

Climat local et modèles de précipitations

Les systèmes doivent être dimensionnés pour la tempête locale d'un an, de 10 ans ou de 100 ans selon les exigences réglementaires.Dans les régions où les périodes de sécheresse sont longues et où les pluies sont intenses, il peut être nécessaire d'augmenter la capacité de stockage pour pouvoir recevoir la première chasse.

Conformité réglementaire

De nombreux pays exigent des permis de gestion des eaux pluviales qui précisent les objectifs de réduction des eaux de ruissellement, les normes de qualité de l'eau et les mesures de protection des eaux souterraines. Les systèmes d'infiltration doivent être situés loin des zones contaminées connues, des réservoirs souterrains et des lignes de services publics.

Études de cas : Les villes en tête

Plusieurs villes ont mis en place avec succès des systèmes d'infiltration à l'échelle. Le programme de Philadelphie Green City, Clean Waters, lancé en 2011, utilise des milliers de jardins pluviaux, de chaussées perviales et de tranchées d'infiltration pour capturer les ruissellements de plus de 10 000 acres de couverture imperméable. La ville a signalé des réductions du volume des OSC et a vu la valeur des propriétés augmenter près des projets d'infrastructure verte.

Au Danemark, la ville de Copenhague a transformé les espaces publics en zones « adaptées au climat » avec des bassins d'infiltration et des jardins en terrasses qui tiennent les eaux pluviales tout en fournissant des équipements récréatifs.Après une importante explosion de nuages en 2011, la ville a adopté un plan de gestion des infiltrations de nuages qui a privilégié l'infiltration et la rétention sur l'agrandissement des conduites.

Entretien et rendement à long terme

Les systèmes d'infiltration doivent être constamment surveillés pour fonctionner comme prévu. Les modes de défaillance courants comprennent le blocage de surface à partir de sédiments fins, la surcroissance de la végétation et les dommages structurels causés par le matériel lourd ou le chargement des véhicules.

  • Inspections trimestrielles: Vérifier l'accumulation de débris, d'érosion et de débris.
  • Pour les chaussées perméables, le lavage sous vide ou sous pression pour rétablir la porosité. Pour les bassins et les jardins pluviaux, enlever les sédiments et le paillis accumulés et replanter au besoin.
  • Vérification après une tempête:[ Après des tempêtes majeures (p. ex., précipitations de >1pouce), vérifier que les systèmes s'écoulent dans les 48 heures.

Grâce à un entretien adéquat, les systèmes d'infiltration peuvent fonctionner efficacement pendant 20 à 50 ans. De nombreuses municipalités ont des équipes spécialisées ou conclu des contrats avec des entreprises d'aménagement paysager pour assurer des soins continus.

Intégration avec d'autres infrastructures vertes

Les systèmes d'infiltration fonctionnent mieux dans le cadre d'un réseau d'infrastructures vertes plus vaste qui comprend la récolte des eaux de pluie, les toits verts, la conservation des terres et la restauration des cours d'eau. En traitant les eaux pluviales à plusieurs endroits du sentier de ruissellement, les villes peuvent obtenir des réductions encore plus importantes du chargement des égouts et des risques d'inondation.

De plus, la modernisation des zones bâties existantes par des techniques d'infiltration, comme la conversion des médianes de routes sous-utilisées en swales de bioretention ou l'ajout de pavés perméables dans les stationnements, peut réduire progressivement le fardeau des égouts sans excavation majeure. Le site Web de l'EPA offre des ressources techniques et des possibilités de financement aux collectivités intéressées par ces approches.

Conclusion

Les systèmes d'infiltration représentent une stratégie pratique et durable pour réduire la charge hydraulique des systèmes d'égout classiques pendant les fortes précipitations. En imitant l'hydrologie naturelle, ils capturent les eaux pluviales à leur source, lui permettent de pénétrer dans le sol et offrent une foule de co-avantages, notamment la recharge des eaux souterraines, l'amélioration de la qualité de l'eau, l'atténuation des inondations et l'écologisation urbaine.

La mise en oeuvre réussie exige une évaluation minutieuse du site, une conception appropriée, une maintenance continue et une intégration aux politiques existantes en matière d'eaux pluviales. Toutefois, les antécédents des villes pionnières montrent que les systèmes d'infiltration sont non seulement efficaces mais aussi compétitifs sur le long terme.