Un guide d’introduction pour la conception d’un jardin de pluie
La gestion de l’eau de pluie dans nos villes : la conception d’un jardin de pluie avec 3 exemples pratiques à télécharger gratuitement
Le changement climatique global est évident et a déjà des effets visibles dans le monde. La Terre se réchauffe, les précipitations extrêmes sont de plus en plus fréquentes et le niveau des mers monte, ce qui augmente le risque de vagues de chaleur, d’inondations et d’autres catastrophes liées au climat qui ont souvent un impact destructeur sur notre écosystème.
Des opportunités et des stratégies pour gérer efficacement ces risques existent déjà ou peuvent être développées à l’échelle locale ou internationale en faisant appel à de nouvelles technologies durables.
Le focus de cette semaine présentera quelques solutions possibles : une conception de jardin de pluie simplifié et un autre plus complexe (un jardin de biorétention) avec trois exemples pratiques à télécharger gratuitement.
Vue en coupe d’une conception complexe d’un jardin de pluie issue de Edificius
C’est quoi un jardin de pluie ?
On entend par jardin de pluie une dépression ou un creux (naturel ou artificiel) qui recueille les eaux de surface s’écoulant des toits, des routes, des trottoirs et autres surfaces urbaines imperméables ou semi-perméables après des pluies torrentielles. Cette dépression, ainsi que les couches situées sous la surface, permettent l’évacuation partielle ou totale de l’eau dans un système de drainage souterrain.
En utilisant le terme de jardin de pluie il est également question de couche de « végétation » qui permet de filtrer les polluants, pesticides, engrais, etc., apportés par le ruissellement de l’eau, avant de s’écouler dans les égouts.
Les conceptions les plus complexes de jardins pluviaux sont souvent appelés » biorétention » : étangs, sites, jardins, etc.
Le ruissellement des eaux de pluie dans les zones urbanisées est beaucoup plus évident que dans les milieux naturels, car les matériaux semi-perméables et le modèle de route transportent l’eau et minimisent l’infiltration.
L’expansion urbaine retire constamment des zones aux milieu naturel, ce qui rend le cycle de l’eau local moins efficace. Il est clair que le taux d’urbanisation est plus rapide que la capacité d’adaptation du milieu naturel ; de plus, les changements climatiques sont plus rapides que la capacité d’adaptation normale du réseau d’égouts.
Les eaux de ruissellement » nettoient » les surfaces urbaines en transportant d’énormes quantités de débris (ce qu’on appelle la » pollution diffuse « ). On estime que jusqu’à 70 % de la pollution des rivières et des lacs provient de la pluie qui » lave » les zones urbaines.
Les précipitations et la gestion des eaux de pluie
La gestion des eaux de pluie implique le contrôle de l’écoulement des eaux de pluie par le biais d’une conception dédiée et de systèmes qui comprennent un ensemble de mesures visant à réduire les risques liés à l’écoulement des eaux de pluie.
Une première étape nécessaire dans la gestion de l’eau de pluie est de comprendre comment l’eau interagit avec le système en examen.
Un événement pluvieux est souvent caractérisé par un court pic initial d’un très grand volume d’eau. Si le volume d’eau dépasse la capacité du réseau d’égouts, il y a un risque d’inondation.
Une autre cause courante d’inondation est l’entretien inadéquat qui peut créer une obstruction (c’est-à-dire des blocages du débit d’eau dus à des débris) et par conséquent l’inefficacité du système de transport de l’eau.
Une approche efficace de la gestion des eaux de pluie doit tenir compte d’une analyse hydrographique approfondie. Par exemple, il est essentiel de prévoir à l’avance les volumes impliqués dans les événements pluvieux.
Les zones urbaines sont caractérisées par des structures, des bâtiments, des routes et des surfaces génériques qui limitent la quantité d’eau rejetée et filtrée par le terrain, ce qui entraîne une augmentation importante des volumes d’eau de surface. De plus, les surfaces comme les routes deviennent une voie privilégiée où le débit augmente rapidement la vitesse et le potentiel de dévastation.
Différentes infiltration des surfaces urbaines et des surfaces naturelles
La réponse du drainage urbain au changement climatique
Comme l’a montré la » 11 ème Conférence internationale sur la modélisation du drainage urbain « , la crise climatique pourrait jouer un rôle important dans la modification du régime des précipitations. Par exemple, il a été prédit qu’il y aura une augmentation du nombre et de l’intensité des » précipitations estivales extrêmes « .
Par conséquent, une nouvelle évaluation des risques doit être effectuée, en particulier pour ses effets sur les réseaux d’eau potable et d’eaux usées.
Dans de nombreuses régions du monde, les calculs d’ingénierie de drainage ont jusqu’à présent été basés sur l’hypothèse que les statistiques pluviométriques resteront les mêmes à l’avenir, en maintenant les mêmes tendances que dans le passé et le présent.
Afin de prendre en compte correctement le changement climatique, les données pluviométriques doivent être multipliées par un facteur qui inclut une augmentation prévue de l’intensité des précipitations.
Sur la base de ces hypothèses, un nouveau plan peut être élaboré en tenant compte des aspects suivants :
- la conception de nouveaux réseaux assainissement
- l’entretien, la mise à jour et l’adaptation des systèmes existants.
La solution d’un jardin de pluie s’inscrit parfaitement dans cette deuxième (et plus économique) catégorie de travail .
Conséquences d’une mauvaise gestion des eaux pluviales
La conception d’un jardin de pluie : deux conceptions différentes
Afin d’atténuer ces problèmes, plusieurs conceptions ont été imaginées ; dans ce Focus, nous réaliserons un projet pleinement fonctionnel avec deux options. Il faut garder à l’esprit que toute solution proposée doit être adaptée aux conditions locales, en tenant compte des facteurs climatiques, des réglementations locales, de la disponibilité des matériaux, etc.
En ce qui nous concerne, dans cet exemple, nous supposerons que tous les types d’enquête précédents ont déjà été menés et pris en compte dans les premières phases du processus de conception.
Rendu d’une solution facile pour un jardin de pluie autour d’une habitation issu de Edificius
Une conception de jardin de pluie simplifié
Un jardin de pluie, dans sa forme très simple, est un système conçu pour capter les eaux de ruissellement, en redirigeant le flux de la surface vers le sous-sol, en activant certaines réactions qui traitent et purifient l’eau.
La simplicité de la conception le rend applicable presque partout, même dans les espaces privés, pour capturer de très petites quantités d’eau. Par exemple, on peut le trouver dans les cours juste en direction de la sortie de canalisation (voir les images ci-dessous).
Planimétrie d’un jardin de pluie issue de Edificius
Comme il est possible de remarquer, l’eau de pluie provenant du système des toitures, après avoir été collectée, est acheminée par le parcours de galets et ensuite vers le jardin de pluie.
Afin de définir des critères de dimensionnement pour un petit jardin de pluie , il est bon d’avoir quelques informations de base, facilement accessibles :
- la surface de drainage du toit
- le nombre de gouttières et de descentes
- la pente du terrain
- le type de sol
- la quantité de pluie.
Dans cet exemple nous supposons d’avoir un toit de 200 m² avec 4 collectes des eaux de pluie (gouttière) : chaque gouttière collecte une surface de 50 m².
Coupe d’un petit jardin de pluie
En considérant les lignes directrices suivantes :
- pour des pentes de ≤ 4% , l’étang devrait être d’environ 10 centimètres
- pour des pentes entre 5% et 7% l’étang doit être d’environ 15 centimètres
- pour des pentes entre 8% et 12% l’étang doit être d’environ 20 centimètres
- pour les pentes plus élevées, il devient trop complexe d’utiliser ce type de jardin de pluie.
Supposons que nous ayons une pente de 6 % et un étang de 15 cm de profondeur.
La qualité du terrain déterminera la vitesse d’absorption de l’eau dans le sous-sol : les sols sableux draineront l’eau plus rapidement que les sols limoneux et les sols argileux draineront l’eau très lentement par rapport aux deux autres catégories.
Dans ce cas, nous considérerons qu’il s’agit d’un sol limoneux.
Quant à la quantité d’eau, on considère une moyenne de 5 centimètres de pluie par événement.
Ci-dessous nous avons la formule :
extension d’un jardin de pluie = surface du toit x quantité de pluie / profondeur du jardin
50 m² * 0,05 m = volume d’eau = 2,5 m³
2,5 m³ / 0,15 = extension du jardin de pluie = 16.7 m²
D’après ces informations, notre jardin de pluie doit être au moins de 16,7 m².
La conception BIM correspondante du jardin de pluie est disponible en téléchargement gratuitement au bas de cet article. A l’intérieur du fichier, vous trouverez également le tableau des volumes pour le calcul des terrassements.
L’image ci-dessous montre un projet d’un jardin de pluie à petite échelle dans un contexte plus urbanisé. En l’absence d’espace disponible, ce système de collecte peut être très utile.
Rendu d’une solution facile pour un jardin de pluie en zone urbanisée issu de Edificius
Télécharger gratuitement les modélisations 3D d’un projet d’un jardin de pluie simplifié
| Télécharger la modélisation 3D BIM (fichier.edf ) petit projet d’un jardin de pluie 1 |
| Télécharger la modélisation 3D BIM (fichier.edf ) petit projet d’un jardin de pluie 2 |
Une conception plus complexe d’un jardin de pluie
Dans un contexte fortement urbanisé, il peut sembler difficile d’appliquer ces concepts, car les plus grands volumes d’eau concernés peuvent nécessiter d’une plus grande surface de l’étang : cet obstacle ne peut être surmonté qu’en augmentant la capacité de drainage des couches situées sous l’étang.
L’objectif de cette étude est simplement de fournir un guide avec des conseils utiles sur la conception d’un jardin de pluie ; pour cette raison, nous omettrons tous les aspects du calcul et de normes et les règlements relatifs (devant les considérer au niveau local).
Cependant, supposons que la surface du jardin représente environ 2% de la zone urbaine imperméable, un étang devrait avoir une profondeur de 10 à 30 cm et une conductivité hydraulique de 100 à 300 mm / heure.
Voyons quelques caractéristiques de conception.
Une coupe transversale avec les dimensions et les couches verticales d’un jardin de pluie complexe issue de Edificius
Dans cet exemple d’un jardin de pluie, nous commencerons par concevoir une section d’excavation de 2,75 m x 1,40 m (hors volumes occupés par les éléments de structure), avec un revêtement étanche sur les côtés et sur le fond.
Il faut capter l’eau de pluie qui s’écoule de la route d’un côté et de la piste cyclable et du trottoir de l’autre côté.
Le flux de l’eau est canalisé dans le jardin par les trous de drainage qui sont également les limites les plus élevées que l’eau peut atteindre avant que le système de « trop plein » commence à fonctionner.
N’oublions pas que le » trop-plein » draine l’eau sans aucun traitement.
Un élément supplémentaire utile peut être de construire une petite tranchée d’entretien juste en dessous des trous de drainage. Ce prétraitement interceptera et retiendra les sédiments qui pourraient autrement obstruer le biofiltre, réduisant ainsi sa durée de vie et compromettant sa performance globale.
Le premier niveau technique que l’eau rencontrera est la zone du filtre. C’est là que la présence de la végétation devient importante.
Ce plan doit être choisi en tenant compte des propriétés structurelles des matériaux et de la conductivité hydraulique, généralement entre 100 et 300 mm / heure.
Le but principal doit être de permettre le drainage de l’eau et de contenir moins de 3% de limon et d’argile (les matériaux sont traités par lavage pour éliminer l’argile et les fractions de limon).
Il est clair qu’il est approprié de créer un substrat pour soutenir l’expansion des racines des plantes, et aussi pour promouvoir un riche environnement microbiologique.
Compte tenu du système racinaire de la variété végétale choisie, l’épaisseur de cette couche ne doit pas dépasser 40 et 60 cm.
Juste en dessous de la couche du biofiltre, une couche de transition doit également être mise en place. Cette zone agit comme un filtre qui empêche la migration verticale des matériaux du biofiltre dans la zone de drainage ; elle doit être composée de sable bien calibré avec moins de 2 % de particules fines.
Afin de faciliter le drainage, chaque couche inférieure doit avoir une conductivité hydraulique supérieure à celle de la couche immédiatement supérieure. L’épaisseur minimale de cette couche doit être de 10 cm.
La couche sur le fond de la stratification est le système de drainage, composé de granulats fins (taille du gravier de 2 à 7 mm). La fonction principale de cette zone est de collecter et de transporter les eaux de pluie traitées et, enfin, dans cette réalisation particulière à plusieurs couches, de retenir et de stocker une réserve d’eau accessible à la végétation en période de sécheresse.
L’épaisseur de cette zone (temporairement) submergée doit être comprise entre 45 et 50 cm (un minimum de 30 cm est requis). De longues périodes sans pluie auront évidemment un impact négatif sur la végétation. Pour cette raison, il est essentiel d’estimer la période opérationnelle de la zone submergée et cette formule simple peut être prise en compte :
temps d’écoulement de l’eau (jours) = porosité du milieu x profondeur de la zone submergée (mm) / taux d’évapotranspiration échelonnée (mm / jour)
La conductivité hydraulique de l’installation est ici plus élevée que dans la zone de transition superposée : un tube collecteur peut également être installé dans cette zone.
Un composant supplémentaire fortement recommandé dans ce système est le « drain surélevé » qui permet de créer un réservoir submergé pour filtrer et transporter l’excès d’eau.
Réactions physiques et chimiques autour des plantes et de ses racines
Télécharger gratuitement les modélisations 3D d’un projet d’un jardin de pluie complexe
| Télécharger la modélisation 3D BIM (fichier.edf ) d’un projet complexe d’un jardin de pluie |
La conception d’un jardin de pluie : végétation
Comme nous l’avons mentionné, les plantes sont des éléments essentiels dans les systèmes de biorétention.
Il est difficile de définir une variété de végétation pouvant être plantée dans toutes les conditions climatiques à travers le monde. Dans cet exemple, nous allons donc mettre en évidence quelques principes de base à prendre en compte lors du choix de la végétation.
Vue en coupe d’une conception complexe d’un jardin de pluie, issue de Edificius
La règle principale : il faut planter des variétés et des espèces locales.
Les plantes indigènes sont fondamentalement en harmonie avec l’environnement ; elles réagissent mieux aux variations climatiques, aux attaques des parasites et à la concurrence des mauvaises herbes. En bref, elles sont plus résistantes.
Un autre aspect fondamental à considérer sont les caractéristiques des racines. Les meilleures performances sont strictement proportionnelles à la longueur des racines, mais aussi à la présence importante de racines fines et à une surface de contact générale entre les racines et le sol.
En outre, la bonne pratique consiste à utiliser une forte densité de plantation combinée à une grande diversité d’espèces et de types. La performance des différentes plantes peut varier en fonction de la variation du temps pendant le changement de saison. La capacité d’extraire des nutriments, des minéraux et des métaux peut également varier considérablement entre les différentes plantes.
Ce ne sont là que quelques-unes des considérations les plus importantes à prendre en compte. Une étude séparée et localisée est essentielle pour un meilleur rendement du système.
En conclusion, nous avons décrit quelques types de jardins pluviaux ; cependant, il existe de nombreuses autres variantes possibles en termes de forme, de dimensions et de complexité.
Par exemple, dans l’image ci-dessous, il est possible de voir un jardin de pluie à grande échelle qui est encore plus efficace que le premier modèle décrit ci-dessus, avec quelques caractéristiques également utilisées dans le type de conception complexe (la conception complète peut être téléchargée gratuitement ci-dessous).
Coupe d’une conception complexe d’un jardin de pluie issue de Edificius
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Vous trouverez ci-dessous les liens pour télécharger les fichiers du projet, les diapositives de présentation, la vidéo et le logiciel de conception architecturale utilisés pour créer la modélisation BIM.
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