Maîtriser la contamination des eaux pluviales par une gestion à la source des eaux de ruissellement?

- Le cas des toitures terrasse végétalisées -

M.C. GROMAIRE Chercheur

LEESU

• Les techniques alternatives de gestion du ruissellement ont-elles un effet sur ces flux ?

– Cas des ouvrages de stockage / restitution à débit régulé à l’échelle parcelle/ ilot (thèse Bressy 2010)

-100%

-80%

-60%

-40%

-20%

0%Volume MES PCB Zn

NordJardinSud

HAP Cu NP

Masses

Réduction significative mais non maîtrisée des flux

Fortement conditionnée par la réduction des volumes ruisselés

% a

batte

men

t par

rap

port

à

un a

ssai

niss

emen

t cla

ssiq

ue

• Toitures terrasses végétalisées (TTV) – un outil contribuant à la maîtrise des flux polluants?

– Qualité des eaux issues des TTV ?• Filtration des contaminants atmosphériques?• Emissions par les matériaux de la structure de végétalisation?

– Réduction des volumes de ruissellement? Réduction des flux rejetés?

• TVGEP: Conception des Toitures Végétalisées pour la Gestion des Eaux Pluviales urbaines

CSTB: B. de Gouvello (coordinateur), P.A. VersiniCETE Ile de France: E. Berthier, D. RamierLEESU: M.C. Gromaire, M. Seidl

– Objectif généralÉvaluer les TTV comme outil de gestion des eaux pluviales (flux d'eau et de contaminants) à une double échelle: parcelle et ville– Structuration en 4 parties

1. État des lieux des pratiques et attentes des acteurs2.Observation et modélisation du comportement hydrique des TTV3. Incidence des TTV sur la qualité des eaux ruisselées4. Déclinaisons opérationnelle et prospective des avancées scientifiques

Financement Partenaires opérationnels Partenaires scientifiques

Revêtement d’étanchéité et anti racineMembrane bitumineuse ou synthétique

Couche de drainage (avec ou sans rétention d’eau, absente en

monocouche)

Agrégats minéraux poreux (pouzzolane) / Plaques de

polystyrène expansé / Bacs en polyéthylène

Substrat léger (4 à 15 cm)80% matières minérales (pouzzolane, pierre ponce, schiste ou argile

expansée, roche volcanique…)

20% substrats organiques (tourbe, compost …)

Couche filtranteGéotextile non tissé en polypropylène ou polyester

Végétation (succulentes)

• Toiture terrasse végétalisée extensive

– Composition de la structure de végétalisation

6

6 compartiments végétalisés (35m²)

2 témoins (21 m²)

Mesure du débit

Prélèvements d'eau

• Dispositif expérimental – toit pilote

(Cete IdF, Trappes)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

TT

V S

3E

TT

Nu

CO

T (

mg

/l)

• Qualité des eaux issues de la toiture végétalisée (Gromaire et al 2013, Seidl

et al. 2013)

– Concentrations en matière organique et en nutriments

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TT

V S

3E

TT

Nu

Nto

t (m

g/l)

TT

V (

bibl

io)

Pto

t (m

g/l)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

TT

V S

3E

TT

Nu

TT

V (

bibl

io)

Aut

res

toits

Rui

ss. C

haus

sée

EP

sép

arat

if

Aut

res

toits

Rui

ss. C

haus

sée

EP

sép

arat

if

Aut

res

toits

Rui

ss. C

haus

sée

EP

sép

arat

if

- Émissions de C, P (et N) par le substrat- Surtout sur toit neuf et / ou après fertilisation

Concentrations restant dans les gammes classiques pour les eaux pluvialesImpact éventuel sur usage de l’eau à la parcelle

Carbone Azote Phosphore

1

10

100

1000

10000

TT

V S

3E

TT

Nu

Cu

(µ

g/l

)

• Qualité des eaux issues de la toiture végétalisée

– Concentrations en micropolluants métalliques

1

10

100

1000

10000

TT

V S

3E

TT

Nu

Zn

(µ

g/l

)

Sur

face

zin

c

Aut

re to

it

Voi

ries

Sur

face

cui

vre

Aut

re to

it

Voi

ries

- Situation contrastée suivant les métaux- Effet de filtration modérée pour certains, émissions par les substrat pour d’autres- Concentrations modérées par rapport à d’autres surfaces urbaines

Principales sources de contamination métallique = matériaux métallique (+ automobile)

Contaminations métalliques possibles par les éléments de collecte / évacuation des eaux

0

20

40

60

80

100

120

140

160

HA

P d

iss

ou

s (

ng

/l)

• Qualité des eaux issues de la toiture végétalisée

– Concentrations en micropolluants organiques

0

100

200

300

400

500

600

700

No

nylp

hé

no

l d

iss

ou

s (

ng

/l)

Exemple de 2 micropolluants de sources différentes:

- HAP = origine atmosphérique� Rétention dans le substrat

- Nonylphénol = nombreuses sources dans les matériaux et consommables urbains� émissions par les matériaux constitutifs la structure de végétalisation (étanchéité, gouttières PVC)

• Qualité des eaux issues de la toiture végétalisée

– Flux émis (comparaison toit végétalisé / toit terrasse nu)

�Conditionnés par la capacité de rétention en eau de la toiture

0.1

1.0

10.0

Volume

MES

COTNdis

s

Ptot

HAPdiss

Npdiss Zn Cu

Flu

x to

it vé

géta

lisé

/ F

lux

toit

nu

Très variables d’un événement pluvieux à l’autre

Dépendants des conditions hydriques

- augmentation modérée des flux de carbone, phosphore, nonylphénol- réduction des flux de HAP et métaux (Zn, Cu)

• Efficacité de rétention en eau des toitures végétalisées (Ramier et

Berthier, 2012) – échelle annuelle et échelle de l’événement pluvieux

- Volume de ruissellement annuel réduit de 50% par rapport à une toit nu- Flux nul pour 50% des événements pluvieux

- Aucune rétention dans les périodes où le substrat est saturé (pluies successives, période hivernale)

échelle annuelle

max min médianeéchelle de l’événement pluvieux

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Co

eff

icie

nt

de

ru

iss

ell

em

en

t

Toitures végétalisées

15 cm substrat

3 cm substrat

Terrasse

NuGravier

• Toitures terrasses végétalisées (TTV) – effet d’une généralisation de la technique à l’échelle du bassin versant (Versini et al. 2013)

– Contribution à la réduction des flux polluants liés aux surverses unitaires

Rejet en Seine (déversement) :

Bassin de Boulogne-Billancourt

(5,5 km2)

• Conclusions: la toiture végétalisées, un ouvrage de maîtrise à la source des flux polluants?

– Effet de filtration assez mineur, ce n’est pas un ouvrage de dépollution– A l’échelle de l’événement:

• des flux d’eau et de contaminants très variables et non contrôlés– A l’échelle annuelle:

• Réduction significative des volumes de ruissellement• Réduction des flux polluants associés sauf pour certains contaminants

émis par les matériaux�Attention aux matériaux mis en œuvre, aux pratiques d’entretien, aux

traitement anti-racine• Contribution directe et indirecte (ex: déversements unitaires) à la

réduction des flux polluants à l’échelle du bassin versant