Création d'une Noue Végétalisée

Comprendre la Conception d'une Noue Végétalisée

Les noues végétalisées sont des ouvrages de gestion des eaux pluviales à la source, conçus pour collecter, transporter lentement, stocker temporairement et infiltrer le ruissellement. Elles jouent un rôle important dans la réduction des volumes d'eau de ruissellement, l'amélioration de la qualité de l'eau par filtration et processus biologiques, et la recharge des nappes phréatiques. Leur conception nécessite de prendre en compte le volume d'eau à gérer, la capacité d'infiltration du sol, les contraintes d'espace, et les aspects paysagers et écologiques.

Données de l'étude

On souhaite concevoir une noue végétalisée pour gérer les eaux de ruissellement d'une petite zone de parking imperméabilisée.

Caractéristiques de la zone contributive et de la pluie de projet :

Surface du parking (imperméable) (\(A_{\text{parking}}\)) : \(1200 \, \text{m}^2\)
Coefficient de ruissellement du parking (\(C\)) : \(0.9\)
Pluie de projet (période de retour 10 ans) :
- Hauteur de pluie (\(h_{\text{pluie}}\)) : \(30 \, \text{mm}\)
- Durée de la pluie (\(t_{\text{pluie}}\)) : \(1 \, \text{heure}\) (pour simplifier, on utilisera cette hauteur totale pour le volume)

Caractéristiques du sol et de la noue envisagée :

Type de sol en place (fond de noue) : Limon sableux
Taux d'infiltration du sol (\(K_{\text{sat}}\)) : \(15 \, \text{mm/h}\)
Pente longitudinale de la noue (\(S_0\)) : \(1\%\) (soit \(0.01\))
Coefficient de Manning pour la végétation de la noue (\(n\)) : \(0.035 \, \text{s/m}^{1/3}\) (végétation dense type herbacée)
Forme de la noue : Trapézoïdale
- Pentes des talus (fruit) : \(z = 3\) (pour 1V:3H)
Objectif : Stocker et infiltrer la totalité du volume de ruissellement de la pluie de projet.

Schéma : Section transversale et profil d'une noue végétalisée

Section transversale type d'une noue végétalisée trapézoïdale.

Questions à traiter

Calculer le volume total de ruissellement (\(V_{\text{ruiss}}\)) généré par le parking pour la pluie de projet.
En supposant que la noue doit stocker ce volume, et en considérant une longueur de noue \(L_{\text{noue}} = 50 \, \text{m}\), quelle est l'aire de la section mouillée moyenne (\(A_m\)) requise pour la noue ?
Pour une noue trapézoïdale, l'aire de la section mouillée est \(A = (b+zy)y\), où \(b\) est la largeur au fond, \(y\) la profondeur d'eau, et \(z\) le fruit des talus. Si l'on fixe une profondeur d'eau maximale admissible \(y_{\text{max}} = 0.4 \, \text{m}\), calculer la largeur au fond \(b\) nécessaire pour obtenir l'aire \(A_m\) calculée à la question 2.
Calculer le périmètre mouillé (\(P\)) et le rayon hydraulique (\(R_h\)) pour la section de noue avec \(y = y_{\text{max}}\) et la largeur \(b\) calculée. Formule du périmètre mouillé : \(P = b + 2y\sqrt{1+z^2}\).
En utilisant l'équation de Manning \(V = \frac{1}{n} R_h^{2/3} S_0^{1/2}\), calculer la vitesse d'écoulement (\(V\)) dans la noue lorsqu'elle est pleine à \(y_{\text{max}}\).
Calculer le débit (\(Q_{\text{noue}}\)) que peut transiter la noue lorsqu'elle est pleine. Ce débit est-il suffisant pour évacuer l'apport moyen durant la pluie ? (Débit d'apport moyen = \(V_{\text{ruiss}} / t_{\text{pluie}}\)).
Calculer le volume d'eau infiltré par la noue (\(V_{\text{inf}}\)) pendant une période de 2 heures après la fin de la pluie, en supposant que la surface d'infiltration est approximativement \( (b + B)/2 \times L_{\text{noue}} \) où B est la largeur au miroir (\(B = b + 2zy\)).

Correction : Création d’une Noue Végétalisée

Question 1 : Volume total de ruissellement (\(V_{\text{ruiss}}\))

Principe :

Le volume de ruissellement est le produit de la hauteur de pluie nette (hauteur de pluie brute multipliée par le coefficient de ruissellement) par la surface de la zone contributive.

Formule(s) utilisée(s) :

V_{\text{ruiss}} = C \times h_{\text{pluie}} \times A_{\text{parking}}

Données spécifiques :

Coefficient de ruissellement (\(C\)) : \(0.9\)
Hauteur de pluie (\(h_{\text{pluie}}\)) : \(30 \, \text{mm} = 0.03 \, \text{m}\)
Surface du parking (\(A_{\text{parking}}\)) : \(1200 \, \text{m}^2\)

Calcul :

\begin{aligned} V_{\text{ruiss}} &= 0.9 \times 0.03 \, \text{m} \times 1200 \, \text{m}^2 \\ &= 32.4 \, \text{m}^3 \end{aligned}

Résultat Question 1 : Le volume total de ruissellement est \(V_{\text{ruiss}} = 32.4 \, \text{m}^3\).

Question 2 : Aire de la section mouillée moyenne (\(A_m\)) requise

Principe :

Si la noue doit stocker la totalité du volume de ruissellement, ce volume est égal au produit de l'aire de la section mouillée moyenne par la longueur de la noue.

Formule(s) utilisée(s) :

V_{\text{stockage}} = A_m \times L_{\text{noue}} \Rightarrow A_m = \frac{V_{\text{stockage}}}{L_{\text{noue}}}

Données spécifiques :

Volume à stocker (\(V_{\text{stockage}} = V_{\text{ruiss}}\)) : \(32.4 \, \text{m}^3\)
Longueur de la noue (\(L_{\text{noue}}\)) : \(50 \, \text{m}\)

Calcul :

\begin{aligned} A_m &= \frac{32.4 \, \text{m}^3}{50 \, \text{m}} \\ &= 0.648 \, \text{m}^2 \end{aligned}

Résultat Question 2 : L'aire de la section mouillée moyenne requise est \(A_m = 0.648 \, \text{m}^2\).

Question 3 : Largeur au fond (\(b\)) de la noue

Principe :

Pour une section trapézoïdale, l'aire est \(A = (b+zy)y\). On résout cette équation pour \(b\) en utilisant l'aire \(A_m\) et la profondeur \(y_{\text{max}}\) données.

Formule(s) utilisée(s) :

A = (b+zy)y \Rightarrow b = \frac{A}{y} - zy

Données spécifiques :

Aire requise (\(A = A_m\)) : \(0.648 \, \text{m}^2\)
Profondeur d'eau maximale (\(y = y_{\text{max}}\)) : \(0.4 \, \text{m}\)
Fruit des talus (\(z\)) : \(3\)

Calcul :

\begin{aligned} b &= \frac{0.648 \, \text{m}^2}{0.4 \, \text{m}} - (3 \times 0.4 \, \text{m}) \\ &= 1.62 \, \text{m} - 1.2 \, \text{m} \\ &= 0.42 \, \text{m} \end{aligned}

Résultat Question 3 : La largeur au fond nécessaire est \(b = 0.42 \, \text{m}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si le fruit des talus \(z\) augmente, la largeur au fond \(b\) nécessaire pour une même aire et même profondeur d'eau :

Diminue.
Augmente.
Reste la même.
Dépend uniquement de la longueur de la noue.

Question 4 : Périmètre mouillé (\(P\)) et Rayon hydraulique (\(R_h\))

Principe :

Le périmètre mouillé est la longueur de la paroi de la section en contact avec l'eau. Le rayon hydraulique est le rapport de l'aire de la section mouillée au périmètre mouillé.

Formule(s) utilisée(s) :

P = b + 2y\sqrt{1+z^2} \] \[ R_h = \frac{A}{P}

Données spécifiques :

Largeur au fond (\(b\)) : \(0.42 \, \text{m}\)
Profondeur d'eau (\(y = y_{\text{max}}\)) : \(0.4 \, \text{m}\)
Fruit des talus (\(z\)) : \(3\)
Aire de la section mouillée (\(A = A_m\)) : \(0.648 \, \text{m}^2\)

Calcul :

Périmètre mouillé (\(P\)) :

\begin{aligned} P &= 0.42 \, \text{m} + 2 \times 0.4 \, \text{m} \times \sqrt{1+3^2} \\ &= 0.42 + 0.8 \times \sqrt{1+9} \\ &= 0.42 + 0.8 \times \sqrt{10} \\ &\approx 0.42 + 0.8 \times 3.162 \\ &\approx 0.42 + 2.5296 \\ &\approx 2.9496 \, \text{m} \end{aligned}

Rayon hydraulique (\(R_h\)) :

\begin{aligned} R_h &= \frac{0.648 \, \text{m}^2}{2.9496 \, \text{m}} \\ &\approx 0.21969 \, \text{m} \end{aligned}

On peut arrondir \(P \approx 2.95 \, \text{m}\) et \(R_h \approx 0.22 \, \text{m}\).

Résultat Question 4 :

Périmètre mouillé : \(P \approx 2.95 \, \text{m}\)
Rayon hydraulique : \(R_h \approx 0.22 \, \text{m}\)

Question 5 : Vitesse d'écoulement (\(V\)) dans la noue

Principe :

L'équation de Manning-Strickler est utilisée pour calculer la vitesse moyenne d'écoulement dans un canal à surface libre.

Formule(s) utilisée(s) (Manning) :

V = \frac{1}{n} R_h^{2/3} S_0^{1/2}

Données spécifiques :

Coefficient de Manning (\(n\)) : \(0.035 \, \text{s/m}^{1/3}\)
Rayon hydraulique (\(R_h\)) : \(\approx 0.21969 \, \text{m}\)
Pente longitudinale (\(S_0\)) : \(0.01\)

Calcul :

\begin{aligned} V &\approx \frac{1}{0.035} \times (0.21969)^{2/3} \times (0.01)^{1/2} \\ &\approx 28.571 \times (0.21969)^{0.6667} \times 0.1 \\ &\approx 28.571 \times 0.3626 \times 0.1 \\ &\approx 1.036 \, \text{m/s} \end{aligned}

Résultat Question 5 : La vitesse d'écoulement dans la noue est \(V \approx 1.04 \, \text{m/s}\).

Question 6 : Débit (\(Q_{\text{noue}}\)) transitable et comparaison

Principe :

Le débit transitable par la noue est le produit de l'aire de la section mouillée par la vitesse d'écoulement. Ce débit est à comparer au débit d'apport moyen durant la pluie.

Formule(s) utilisée(s) :

Q_{\text{noue}} = A \times V \] \[ Q_{\text{apport}} = \frac{V_{\text{ruiss}}}{t_{\text{pluie}}}

Données spécifiques :

Aire (\(A = A_m\)) : \(0.648 \, \text{m}^2\)
Vitesse (\(V\)) : \(\approx 1.036 \, \text{m/s}\)
Volume de ruissellement (\(V_{\text{ruiss}}\)) : \(32.4 \, \text{m}^3\)
Durée de la pluie (\(t_{\text{pluie}}\)) : \(1 \, \text{heure} = 3600 \, \text{s}\)

Calcul :

Débit transitable par la noue :

\begin{aligned} Q_{\text{noue}} &\approx 0.648 \, \text{m}^2 \times 1.036 \, \text{m/s} \\ &\approx 0.6713 \, \text{m}^3\text{/s} \end{aligned}

Débit d'apport moyen :

\begin{aligned} Q_{\text{apport}} &= \frac{32.4 \, \text{m}^3}{3600 \, \text{s}} \\ &= 0.009 \, \text{m}^3\text{/s} \end{aligned}

Comparaison : \(Q_{\text{noue}} \approx 0.671 \, \text{m}^3\text{/s}\) et \(Q_{\text{apport}} = 0.009 \, \text{m}^3\text{/s}\).

Clairement, \(Q_{\text{noue}} > Q_{\text{apport}}\). Cela signifie que la capacité de transport de la noue lorsqu'elle est pleine est bien supérieure au débit moyen d'apport durant la pluie. Cela est attendu car la noue est principalement conçue pour le stockage et l'infiltration, pas seulement le transport rapide. La vitesse calculée (\(1.04 \, \text{m/s}\)) est relativement élevée et pourrait être source d'érosion ; des dispositifs de ralentissement ou une pente plus faible pourraient être envisagés si l'objectif principal est la sédimentation et l'infiltration lente.

Résultat Question 6 : Le débit transitable par la noue est \(Q_{\text{noue}} \approx 0.671 \, \text{m}^3\text{/s}\). Le débit d'apport moyen est \(Q_{\text{apport}} = 0.009 \, \text{m}^3\text{/s}\). La noue a une capacité de transport bien supérieure au débit d'apport moyen.

Question 7 : Volume d'eau infiltré (\(V_{\text{inf}}\))

Principe :

Le volume infiltré est le produit du taux d'infiltration, de la surface d'infiltration et de la durée considérée, en supposant que la noue reste en eau pendant cette période.

Formule(s) utilisée(s) :

V_{\text{inf}} = K_{\text{sat}} \times A_{\text{inf}} \times t_{\text{inf}} \] \[ A_{\text{inf}} \approx \frac{b+B}{2} \times L_{\text{noue}} \quad \text{où } B = b+2zy

Données spécifiques :

Taux d'infiltration (\(K_{\text{sat}}\)) : \(15 \, \text{mm/h} = 0.015 \, \text{m/h}\)
Largeur au fond (\(b\)) : \(0.42 \, \text{m}\)
Profondeur d'eau (\(y = y_{\text{max}}\)) : \(0.4 \, \text{m}\)
Fruit des talus (\(z\)) : \(3\)
Longueur de la noue (\(L_{\text{noue}}\)) : \(50 \, \text{m}\)
Durée d'infiltration (\(t_{\text{inf}}\)) : \(2 \, \text{heures}\)

Calcul :

Largeur au miroir (\(B\)) :

\begin{aligned} B &= b + 2zy \\ &= 0.42 \, \text{m} + 2 \times 3 \times 0.4 \, \text{m} \\ &= 0.42 \, \text{m} + 2.4 \, \text{m} \\ &= 2.82 \, \text{m} \end{aligned}

Surface d'infiltration (\(A_{\text{inf}}\)) (surface du fond + surface des talus mouillés). Pour simplifier, on prend la surface au miroir moyen multipliée par la longueur (approximation de la surface du fond et des talus projetée horizontalement, ou surface en contact avec l'eau si la noue est pleine) :

Une approximation plus courante pour la surface d'infiltration (fond + talus) est : \(A_{\text{inf}} = (P - B_{\text{miroir}}) \times L_{\text{noue}} + b \times L_{\text{noue}}\) si on considère la surface du périmètre mouillé (sans le miroir d'eau) sur la longueur. Ou plus simplement, la surface du fond et des talus : \(A_{\text{inf}} = (b + 2y\sqrt{1+z^2}) \times L_{\text{noue}}\) si on considère le périmètre mouillé. Ici, l'énoncé suggère d'utiliser \( \frac{b+B}{2} \times L_{\text{noue}} \) comme surface d'infiltration. Cela correspond à l'aire de la surface de l'eau projetée sur un plan horizontal. C'est une simplification.

\begin{aligned} A_{\text{inf}} &\approx \frac{0.42 \, \text{m} + 2.82 \, \text{m}}{2} \times 50 \, \text{m} \\ &= \frac{3.24}{2} \times 50 \, \text{m}^2 \\ &= 1.62 \times 50 \, \text{m}^2 \\ &= 81 \, \text{m}^2 \end{aligned}

Volume infiltré (\(V_{\text{inf}}\)) :

\begin{aligned} V_{\text{inf}} &= 0.015 \, \text{m/h} \times 81 \, \text{m}^2 \times 2 \, \text{h} \\ &= 2.43 \, \text{m}^3 \end{aligned}

Ce volume est relativement faible par rapport au volume total à stocker (\(32.4 \, \text{m}^3\)). Cela indique que l'infiltration seule pendant la pluie et juste après ne suffira pas à vider la noue rapidement. Le temps de vidange total sera plus long.

Résultat Question 7 : Le volume d'eau infiltré pendant 2 heures après la pluie est \(V_{\text{inf}} \approx 2.43 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si le taux d'infiltration du sol \(K_{sat}\) est plus élevé, le volume d'eau infiltré pendant un temps donné :

Augmente.
Diminue.
Reste le même.
Dépend uniquement de la longueur de la noue.

Glossaire

Noue Végétalisée: Ouvrage linéaire peu profond, à larges talus et fond plat ou concave, couvert de végétation, conçu pour collecter, convoyer, stocker temporairement et traiter (par infiltration et filtration) les eaux de ruissellement.
Coefficient de Ruissellement (C): Rapport entre la hauteur d'eau qui ruisselle et la hauteur d'eau précipitée. Il dépend de la nature et de la perméabilité de la surface.
Infiltration (\(K_{\text{sat}}\)): Processus par lequel l'eau pénètre dans le sol. Le taux d'infiltration (ou conductivité hydraulique à saturation) est la vitesse à laquelle l'eau s'infiltre dans un sol saturé.
Équation de Manning: Formule empirique utilisée pour calculer la vitesse moyenne de l'écoulement à surface libre dans un canal, en fonction du rayon hydraulique, de la pente et d'un coefficient de rugosité (Manning n).
Rayon Hydraulique (\(R_h\)): Rapport entre l'aire de la section mouillée (\(A\)) et le périmètre mouillé (\(P\)) d'un canal (\(R_h = A/P\)).
Périmètre Mouillé (\(P\)): Longueur de la section transversale du canal en contact avec l'eau.
Fruit des Talus (z): Rapport entre la projection horizontale et la projection verticale d'un talus (ex: pour 1V:zH, le fruit est z).
VRD (Voirie et Réseaux Divers): Ensemble des travaux et ouvrages relatifs à la voirie et aux réseaux nécessaires à l'aménagement d'un site.

Création d’une Noue Végétalisée

Données de l'étude

Schéma : Section transversale et profil d'une noue végétalisée

Questions à traiter

Correction : Création d’une Noue Végétalisée

Question 1 : Volume total de ruissellement (\(V_{\text{ruiss}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 2 : Aire de la section mouillée moyenne (\(A_m\)) requise

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 3 : Largeur au fond (\(b\)) de la noue

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 4 : Périmètre mouillé (\(P\)) et Rayon hydraulique (\(R_h\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 5 : Vitesse d'écoulement (\(V\)) dans la noue

Principe :

Formule(s) utilisée(s) (Manning) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 6 : Débit (\(Q_{\text{noue}}\)) transitable et comparaison

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 7 : Volume d'eau infiltré (\(V_{\text{inf}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

Glossaire

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