Le dimensionnement des dispositifs de gestion des eaux pluviales s’inscrit dans un PROCESSUS ITÉRATIF. La méthode en 4 étapes consiste en plusieurs allers et retours entre l’élaboration d’un plan d’aménagement global et son adaptation progressive pour intégrer efficacement la gestion des eaux pluviales.
- Le dimensionnement doit être assuré par un acteur impliqué au sein de l’équipe de conception. La méthodologie décrite ici ne constitue pas simplement une succession d’étapes à suivre dans un calendrier, mais un ensemble d’actions visant à aboutir à la meilleure combinaison entre aménagement et gestion des eaux pluviales en garantissant un niveau de service suffisant.
- Le dimensionnement est soumis à certaines obligations. La communauté met à destination des professionnels des formulaires d’aide au respect des règles et recommandations du zonage pluvial, valant justificatif de dimensionnement dans le cadre d’une demande d’urbanisme. La méthode décrite ici s’appuie sur les valeurs de références de la méthode 1 décrite à l’article 12A du zonage pluvial communautaire.
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Étape 1. Déterminer la surface totale collectée par chaque dispositif
L’objectif est de collecter et de stocker l’eau de pluie au plus près de son lieu de précipitation, de l’ordre de quelques mètres à quelques dizaines de mètres maximum.
Le périmètre de l’opération est découpé selon une logique hydraulique, en identifiant et illustrant les limites chaque bassin versant formant un secteur de gestion cohérent avec l’écoulement gravitaire de l’eau, en permettant son acheminement vers un même dispositif.
Étape 2 : Calculer la surface d’apport de chaque dispositif
La surface d’apport correspond à l’ensemble des surfaces aménagées contribuant à l’alimentation en eau du dispositif à dimensionner :
- les surfaces bâties (1), comprenant les toitures végétalisées(4), pour lesquelles un abattement du volume à gérer tenant compte de l’épaisseur du substrat peut être appliqué ;
- toutes les autres surfaces aménagées collectées, c’est-à-dire les revêtements imperméables (2) & les revêtements perméables avec une structure d’infiltration lorsqu’ils reçoivent aussi l’eau d’autres surfaces (3).
D’autres surfaces, non prises en compte dans le dimensionnement, devront être représentées sur le plan d’aménagement :
- les surfaces « autonomes » (5), c’est-à-dire les surfaces avec un revêtement perméable et une fondation adaptée, qui infiltrent uniquement la pluie qu’elles reçoivent et ne nécessitent pas de calcul de dimensionnement spécifique ;
- les surfaces de pleine terre (6), espaces végétalisés capables de stocker l’eau dans la terre végétale.
Dans tous les cas, il est fortement recommandé d’orienter les écoulements exceptionnels issus de ces surfaces vers un dispositif.
Étape 3 : Définir les caractéristiques de chaque dispositif
Chaque dispositif est défini par 5 paramètres, issus du calcul et/ou du plan d’aménagement et de nivellement.
- 1. La surface totale collectée : « bassin versant urbain » comprenant l’ensemble des surfaces dont les eaux de ruissellement vont être orientées vers le dispositif à dimensionner, délimité à l’étape 1.
- 2. La surface d’apport : la surface contribuant à l’alimentation en eau du dispositif à dimensionner, calculée à l’étape 2.
- 3. La volumétrie de stockage temporaire : le volume disponible au stockage temporaire des eaux pluviales collectées, avant débordement, tenant compte de la pente et du cloisonnement éventuellement prévu.
- 4. La surface d’infiltration : la surface sur laquelle les eaux pluviales vont être étalées pour s’infiltrer, correspondant à la surface au sol des espaces verts creux ou à la surface perméable horizontale située dans la partie basse des structures d’infiltration.
- 5. La hauteur d’eau moyenne avant débordement : correspondant soit à la profondeur des espaces verts creux, soit à l’épaisseur des structures d’infiltration.
Étape 4 : Évaluer chaque dispositif
L’évaluation du niveau de service passe par le calcul de 3 paramètres. Une réévaluation des caractéristiques de chaque dispositif et, si nécessaire, l’ajout de nouveaux dispositifs, doivent permettre d’atteindre le niveau de service visé, en suivant un processus d’allers-retours entre les 4 étapes de dimensionnement.
Préalable à l’évaluation : principes de vidange et d’infiltration
Par approximation, la durée de vidange est évaluée en considérant uniquement la perméabilité du sol et la surface d’infiltration, bien que d’autres paramètres interviennent (évapotranspiration, charge hydraulique, …). Indépendamment de la perméabilité du sol, le facteur de charge est ici déterminant pour l’estimation du temps de vidange : plus la surface dédiée à l’infiltration est grande, plus la vidange est rapide et efficace.
Il correspond au pourcentage de surface d’infiltration par rapport à la surface d’apport collectée. Son calcul permet de vérifier qu’un dispositif assure une infiltration diffuse et répartie, en s’adaptant à la perméabilité du sol.
Il faut toujours rechercher le taux d’étalement pluvial le plus grand possible.
- De 100 % à 30 % : faible concentration des écoulements, adaptés à tous types de sols.
- De 30% à 20% : concentration modérée, adapté à des sols moyennement perméables (5 à 10 mm/h).
- De 20% à 10% : concentration importante, acceptable en sols bien perméables (> 10 mm/h).
- Inférieur à 10% : à éviter, sauf cas particuliers (réhabilitation avec déconnexion partielle, excellente perméabilité, infiltration profonde justifiée, etc.).
Le taux d’étalement pluvial
Tg = Sig / Sag x 100
Où :
Tg (m²/m²) = taux d’étalement pluvial du dispositif de gestion des eaux pluviales g
Sig (m²) = surface d’infiltration du dispositif de gestion des eaux pluviales g
Sag (m²) = surface d’apport gérée par le dispositif de gestion des eaux pluviales g
L’estimation du temps de vidange pour une pluie courante de 15 mm (soit 15 L/m²) permet d’anticiper le fonctionnement courant des dispositifs de gestion des eaux pluviales. Par extension, il est possible d’en déduire le temps de vidange pour la pluie exceptionnelle de 60 mm, 4 fois plus long.
Le temps nécessaire pour évacuer l’eau doit être compatible avec les scénarios de succession de pluies, les contraintes d’exploitation du gestionnaire final et les usages conjoints, en particulier pour espaces verts creux.
- Moins de 12 h : très rapide, avec une présence d’eau peu fréquente
- De 12 h à 18 h : rapide, avec une présence d’eau courante
- De 18 h à 24 h : correcte, avec une présence d’eau régulière lors des périodes pluvieuses
- Plus de 24 h : lente, avec une présence d’eau régulière
Le temps de vidange pour 15 mm de pluie
Tg = (P15 x Sag) / (Sig X Vig)
Où :
Tg (h) = temps de vidange de la pluie P pour le dispositif de gestion des eaux pluviales g
P15 (mm ou L/m²) = pluie de 15 mm pour laquelle le temps de vidange est évalué
Sag (m²) = surface d’apport collectée par le dispositif de gestion des eaux pluviales g
Sig (m²) = surface disponible à l’infiltration du dispositif de gestion des eaux pluviales g
Vig (mm/h) = vitesse d’infiltration de l’eau dans le dispositif de gestion des eaux pluviales g, ou perméabilité du sol
L’estimation de la pluie gérée consiste à déterminer la quantité de pluie pouvant être stockée dans la volumétrie de chaque dispositif, en fonction de la surface d’apport collectée.
La pluviométrie est un paramètre crucial dans le dimensionnement car elle permet d’évaluer la capacité du dispositif à faire face aux pluies sans débordement.
- La pluie courante : 15 mm, soit 15 L/m² (90% des pluies de moins de 24H)
- La pluie forte : 35 mm, soit 35 L/m²
- La pluie exceptionnelle : 60 mm, soit 60 L/m²
La pluie gérée
Pg = Vg / Sag x 1000
Où :
Pg (mm ou L/m²) = pluie gérée par le dispositif de gestion des eaux pluviales g
Sag (m²) = surface d’apport collectée par le dispositif de gestion des eaux pluviales g
Vg (m3) = volume de stockage temporaire dans le dispositif de gestion des eaux pluviales g