Études de cas pratique

EGC

Gestion des eaux de ruissellement

Exercice : Gestion des Eaux de Ruissellement

Calcul pour la Gestion des Eaux de Ruissellement

Comprendre la Gestion des Eaux de Ruissellement

La gestion des eaux de ruissellement est un enjeu majeur de l'aménagement urbain et rural. L'imperméabilisation croissante des sols due à l'urbanisation augmente les volumes et les débits de ruissellement lors des épisodes pluvieux. Cela peut entraîner des inondations, une érosion des sols, une dégradation de la qualité des eaux de surface par le transport de polluants, et une moindre recharge des nappes phréatiques. Une gestion durable des eaux pluviales vise à limiter ces impacts en favorisant l'infiltration à la source, la rétention temporaire et, si nécessaire, un traitement avant rejet.

Cet exercice se concentre sur le calcul du volume de ruissellement généré par une surface et le dimensionnement préliminaire d'un ouvrage de gestion (bassin de rétention/infiltration) basé sur la méthode des pluies ou la méthode rationnelle simplifiée.

Données de l'étude

Une nouvelle zone d'activité de 2 hectares (ha) doit être aménagée. On souhaite estimer le volume d'eau de pluie à gérer pour un événement pluvieux de référence et dimensionner sommairement un bassin de rétention/infiltration.

Caractéristiques de la zone et de la pluie de projet :

  • Surface totale du projet (\(A_{\text{totale}}\)) : 2 ha = 20 000 m²
  • Coefficient de ruissellement moyen pondéré de la zone aménagée (\(C\)) : 0.6 (tenant compte des voiries, parkings, toitures et espaces verts)
  • Hauteur de pluie de projet (pour une période de retour donnée, ex: décennale) (\(H_{\text{pluie}}\)) : 30 mm
  • Débit de fuite maximal admissible vers le réseau existant ou le milieu naturel (\(Q_{\text{fuite,max}}\)) : 10 L/s/ha imperméabilisé. On considérera pour simplifier que la surface active pour le débit de fuite est la surface imperméabilisée, estimée à 70% de la surface totale.

Hypothèses pour le bassin :

  • Le bassin sera conçu pour stocker le volume excédentaire (volume de ruissellement moins volume infiltré/évacué pendant la pluie). Pour une première approche simplifiée, on calculera le volume total de ruissellement à stocker.
  • Profondeur utile maximale de l'eau dans le bassin (\(P_{\text{bassin}}\)) : 1.2 m
Schéma : Gestion des eaux de ruissellement (Illustratif)
Pluie (Hpluie) Zone d'Activité (A) Imperméable Ruissellement Bassin (Vrétention) Qfuite

Illustration du ruissellement sur une zone aménagée vers un bassin de gestion.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume total d'eau de pluie tombant sur la zone du projet (\(V_{\text{pluie}}\)) pour la pluie de référence.
  2. Calculer le volume total d'eau de ruissellement (\(V_{\text{ruisselé}}\)) généré par la zone du projet pour cette même pluie.
  3. Calculer la surface imperméabilisée équivalente (\(A_{\text{imp}}\)) de la zone.
  4. Calculer le débit de fuite maximal autorisé pour la zone (\(Q_{\text{fuite,total}}\)).
  5. En première approche (méthode simplifiée des pluies), estimer la surface minimale au sol du bassin de rétention/infiltration (\(S_{\text{bassin}}\)) si l'on considère qu'il doit stocker l'intégralité du volume de ruissellement calculé en question 2, avec la profondeur utile donnée. (On néglige l'infiltration et le débit de fuite pendant l'événement pluvieux pour ce calcul simplifié de surface).
  6. Comment le débit de fuite admissible influencerait-il un dimensionnement plus précis du volume de stockage nécessaire du bassin ?

Correction : Gestion des Eaux de Ruissellement

Question 1 : Volume Total d'Eau de Pluie (\(V_{\text{pluie}}\))

Principe :

Le volume total d'eau de pluie tombant sur une surface est le produit de cette surface par la hauteur de pluie.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{pluie}} = A_{\text{totale}} \times H_{\text{pluie}}\]

Attention aux unités : si \(A\) est en m² et \(H\) en mm, il faut convertir \(H\) en m.

Données spécifiques :
  • \(A_{\text{totale}} = 20000 \text{ m²}\)
  • \(H_{\text{pluie}} = 30 \text{ mm} = 0.030 \text{ m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{pluie}} &= 20000 \text{ m²} \times 0.030 \text{ m} \\ &= 600 \text{ m³} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Volume total d'eau de pluie \(V_{\text{pluie}} = 600 \text{ m³}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la hauteur de pluie de projet était de 40 mm, le volume de pluie serait :

Question 2 : Volume Total d'Eau de Ruissellement (\(V_{\text{ruisselé}}\))

Principe :

Le volume d'eau de ruissellement est obtenu en multipliant le volume total d'eau de pluie par le coefficient de ruissellement moyen de la surface.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{ruisselé}} = V_{\text{pluie}} \times C\]

Ou directement : \(V_{\text{ruisselé}} = A_{\text{totale}} \times H_{\text{pluie}} \times C\)

Données spécifiques :
  • \(V_{\text{pluie}} = 600 \text{ m³}\) (calculé en Q1)
  • Coefficient de ruissellement (\(C\)) : 0.6
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{ruisselé}} &= 600 \text{ m³} \times 0.6 \\ &= 360 \text{ m³} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Volume total d'eau de ruissellement \(V_{\text{ruisselé}} = 360 \text{ m³}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si le coefficient de ruissellement \(C\) était de 0.4, le volume de ruissellement serait :

Question 3 : Surface Imperméabilisée Équivalente (\(A_{\text{imp}}\))

Principe :

La surface imperméabilisée équivalente est la partie de la surface totale qui contribue directement au ruissellement, en fonction du pourcentage d'imperméabilisation.

Formule(s) utilisée(s) :
\[A_{\text{imp}} = A_{\text{totale}} \times \text{Pourcentage d'Imperméabilisation}\]
Données spécifiques :
  • \(A_{\text{totale}} = 20000 \text{ m²}\)
  • Pourcentage d'Imperméabilisation : 70% = 0.70
Calcul :
\[ \begin{aligned} A_{\text{imp}} &= 20000 \text{ m²} \times 0.70 \\ &= 14000 \text{ m²} \end{aligned} \]

Conversion en hectares (ha) : \(14000 \text{ m²} = 1.4 \text{ ha}\)

Résultat Question 3 : Surface imperméabilisée équivalente \(A_{\text{imp}} = 14000 \text{ m²}\) (soit 1.4 ha).

Quiz Intermédiaire 3 : Si la surface totale du projet diminue, la surface imperméabilisée équivalente (pour un même pourcentage d'imperméabilisation) :

Question 4 : Débit de Fuite Maximal Autorisé (\(Q_{\text{fuite,total}}\))

Principe :

Le débit de fuite maximal total est calculé en multipliant le débit de fuite unitaire par la surface imperméabilisée équivalente de la zone.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_{\text{fuite,total}} = Q_{\text{fuite,max par ha}} \times A_{\text{imp}} (\text{en ha})\]
Données spécifiques :
  • \(Q_{\text{fuite,max par ha}} = 10 \text{ L/s/ha}\)
  • \(A_{\text{imp}} = 1.4 \text{ ha}\) (calculé en Q3)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{fuite,total}} &= 10 \text{ L/s/ha} \times 1.4 \text{ ha} \\ &= 14 \text{ L/s} \end{aligned} \]

Conversion en m³/s (facultatif ici) :

\[ \begin{aligned} Q_{\text{fuite,total}} &= 14 \text{ L/s} \times \frac{1 \text{ m³}}{1000 \text{ L}} \\ &= 0.014 \text{ m³/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Débit de fuite maximal autorisé \(Q_{\text{fuite,total}} = 14 \text{ L/s}\).

Quiz Intermédiaire 4 : Si le débit de fuite maximal admissible par hectare imperméabilisé est réduit, le débit de fuite total autorisé pour la zone :

Question 5 : Surface Minimale au Sol du Bassin de Rétention/Infiltration (\(S_{\text{bassin}}\))

Principe :

Pour une première approche simplifiée (méthode des pluies), on considère que le bassin doit stocker l'intégralité du volume de ruissellement. La surface au sol du bassin est alors le volume à stocker divisé par la profondeur utile de l'eau dans le bassin.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{stockage}} \approx V_{\text{ruisselé}}\] \[S_{\text{bassin}} = \frac{V_{\text{stockage}}}{P_{\text{bassin}}}\]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{ruisselé}} = 360 \text{ m³}\) (calculé en Q2)
  • Profondeur utile du bassin (\(P_{\text{bassin}}\)) : 1.2 m
Calcul :
\[ \begin{aligned} S_{\text{bassin}} &= \frac{360 \text{ m³}}{1.2 \text{ m}} \\ &= 300 \text{ m²} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Surface minimale au sol du bassin (approche simplifiée) \(S_{\text{bassin}} = 300 \text{ m²}\).

Quiz Intermédiaire 5 : Si la profondeur utile du bassin est augmentée, la surface au sol nécessaire pour stocker le même volume :

Question 6 : Influence du Débit de Fuite sur le Dimensionnement du Volume de Stockage

Principe :

Un dimensionnement plus précis du volume de stockage d'un bassin de rétention prend en compte le volume d'eau qui peut être évacué (par infiltration et/ou par un débit de fuite contrôlé) pendant la durée de l'événement pluvieux. Cela permet de réduire le volume de stockage nécessaire par rapport à une approche qui considérerait uniquement le volume total de ruissellement.

Discussion :

Le débit de fuite maximal admissible (\(Q_{\text{fuite,total}} = 14 \text{ L/s}\)) représente la quantité d'eau que l'on peut évacuer du bassin de manière contrôlée vers le milieu récepteur (réseau, cours d'eau) pendant que la pluie tombe et que le bassin se remplit.

Pour un dimensionnement plus précis (par exemple, avec la méthode des débits ou des volumes, ou des méthodes dynamiques comme la méthode des pluies de projet), on calculerait le volume entrant (ruissellement) et le volume sortant (débit de fuite + infiltration si applicable) sur la durée de la pluie de projet. Le volume de stockage nécessaire serait alors la différence maximale entre le volume cumulé entrant et le volume cumulé sortant.

Concrètement, si une partie de l'eau peut s'évacuer pendant l'événement pluvieux grâce au débit de fuite (et à l'infiltration), le volume maximal d'eau à stocker dans le bassin sera inférieur au volume total de ruissellement (\(V_{\text{ruisselé}}\)).

Par exemple, si la pluie de projet dure \(\Delta t\) secondes, le volume évacué par le débit de fuite pendant cette période serait approximativement \(V_{\text{évacué}} = Q_{\text{fuite,total}} \times \Delta t\). Le volume de stockage requis serait alors plus proche de \(V_{\text{stockage}} \approx V_{\text{ruisselé}} - V_{\text{évacué}}\) (c'est une simplification, la réalité est plus complexe avec les hydrogrammes d'entrée et de sortie).

Donc, un débit de fuite admissible permet de réduire la taille (et donc le coût) du bassin de rétention nécessaire, car une partie du volume est gérée en continu pendant l'averse.

Résultat Question 6 : Un débit de fuite admissible permet de réduire le volume de stockage nécessaire dans le bassin, car une partie des eaux de ruissellement peut être évacuée pendant l'événement pluvieux. Un dimensionnement précis doit intégrer ce débit sortant.

Quiz Intermédiaire 6 : Un débit de fuite plus important, pour un même volume de ruissellement et une même durée de pluie, tend à :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le coefficient de ruissellement (\(C\)) représente :

2. L'imperméabilisation des sols en milieu urbain a tendance à :

3. Un bassin de rétention des eaux pluviales a pour fonction principale de :

Glossaire

Eau de Ruissellement (ou Eau Pluviale)
Partie des précipitations qui s'écoule à la surface du sol au lieu de s'infiltrer ou de s'évaporer.
Coefficient de Ruissellement (\(C\))
Rapport adimensionnel entre la hauteur d'eau ruisselée et la hauteur d'eau précipitée. Il dépend de la nature et de la pente de la surface (ex: toiture, voirie, espace vert).
Bassin de Rétention
Ouvrage conçu pour stocker temporairement les eaux de ruissellement, afin de contrôler le débit rejeté en aval (débit de fuite) et de prévenir les inondations.
Bassin d'Infiltration
Ouvrage permettant aux eaux de ruissellement stockées de s'infiltrer lentement dans le sol, contribuant à la recharge des nappes phréatiques.
Débit de Fuite
Débit maximal contrôlé auquel les eaux stockées dans un ouvrage de gestion pluviale sont rejetées vers un exutoire (réseau, cours d'eau).
Période de Retour (d'une pluie)
Intervalle de temps statistique moyen entre deux occurrences d'un événement pluvieux d'une intensité (ou hauteur) donnée ou supérieure. Une pluie décennale a une chance sur dix de se produire chaque année.
Imperméabilisation
Processus par lequel une surface naturelle (sol) est recouverte par des matériaux imperméables (béton, asphalte, bâtiments), réduisant l'infiltration de l'eau et augmentant le ruissellement.
Gestion des Eaux de Ruissellement - Exercice d'Application

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