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
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if
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haus
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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