Conception d’un jardin de pluie : le guide technique

Comme nous le savons tous, le fort impact des activités humaines et la pollution qu’elles produisent ont considérablement accéléré ces dernières décennies le réchauffement terrestre et le changement climatique global.

Les effets de tout cela sont bien visibles dans le monde : il suffit de penser à l’augmentation exponentielle des événements pluvieux extrêmes (inondations, incendies, glissements de terrain, pluies acides, etc.).

Opportunités et stratégies pour gérer efficacement ces risques existent déjà et peuvent être développées/implémentées, à l’échelle locale ou internationale, grâce également aux nouvelles technologies durables et respectueuses de l’environnement.

Voyons donc, dans le focus de cette semaine, des applications pratiques de ces principes : quelques exemples de conception de jardins de pluie (un projet simplifié et un plus complexe/jardin bioretention) avec trois exemples pratiques à télécharger gratuitement réalisés avec un logiciel de conception architecturale.

Vue en coupe d’une conception complexe d’un jardin de pluie issue du logiciel Edificius

Qu’est-ce qu’un jardin de pluie ?

En général, un jardin de pluie désigne un creux ou une dépression (naturelle ou artificielle) qui recueille l’eau de ruissellement, c’est-à-dire l’eau qui est collectée par les toits, les routes, les trottoirs et d’autres surfaces urbaines imperméables ou semi-perméables. Ce creux, et les couches sous la surface, permettent un évacuation partielle ou totale de l’eau dans un système de drainage souterrain (et souvent aussi son recyclage/réutilisation à des fins d’irrigation).

Mais le terme jardin de pluie désigne également un type de projet avec une couche de « vivant » qui permet de filtrer les substances polluantes, pesticides, engrais, etc., transportés par le ruissellement des eaux, avant d’entrer dans les égouts : en effet, il a été estimé que jusqu’à 70 % de la pollution dans les rivières et les lacs provient de la pluie qui « lave » les zones urbaines.

C’est pourquoi les projets de jardins de pluie les plus complexes sont souvent appelés «bioretention» (étangs, zones en bordure de routes/chemins de fer, jardins, etc.) : des espaces verts qui sont utilisés pour « nettoyer » l’eau de ruissellement.

Gestion des eaux pluviales et impact environnemental

Un jardin de pluie permet le contrôle du ruissellement des eaux pluviales à travers des systèmes d’ingénierie naturelle qui permettent un ensemble d’actions visant à réduire les risques liés au ruissellement incontrôlé des eaux pluviales.

Un premier pas nécessaire dans la gestion des eaux pluviales est de comprendre comment l’eau interagit avec le territoire, avec son orographie, sa stratigraphie, la végétation et les constructions présentes.

Il convient également de garder à l’esprit qu’une approche efficace de la gestion des eaux pluviales doit se baser sur une analyse hydrologique approfondie.

Par exemple, il est essentiel de prévoir à l’avance les volumes impliqués dans les événements pluvieux. Un événement pluvieux est souvent caractérisé par un bref pic initial d’un volume d’eau très élevé. Dans le cas où le volume d’eau dépasse la capacité du système d’égouts, il y a un risque d’inondations. Une autre cause courante d’inondation est le manque d’entretien qui peut créer une obstruction (c’est-à-dire des blocages du flux d’eau dus à des débris) et par conséquent l’inefficacité du système de transport de l’eau.

Les zones urbaines sont caractérisées par des structures, des bâtiments, des routes et des surfaces génériques qui limitent la quantité d’eau évacuée et filtrée par le sol, entraînant ainsi une augmentation significative des volumes d’eau de surface. De plus, des surfaces comme les routes deviennent un chemin privilégié où le flux augmente rapidement en vitesse et en potentiel de destruction.

Différentes infiltrations des surfaces urbaines et des surfaces naturelles

Réponse du drainage urbain aux changements climatiques

Comme montré lors de la «11ème Conférence Internationale sur la Modélisation du Drainage Urbain», la crise climatique pourrait jouer un rôle substantiel dans les changements du modèle des précipitations. Par exemple, il a été prévu qu’il y aura une augmentation du nombre et de l’intensité des «précipitations estivales extrêmes».

En conséquence, une nouvelle évaluation des risques doit être faite, en particulier, pour ses effets sur le système d’eau potable et sur celui des eaux usées.

Dans de nombreuses régions du monde, le calcul d’ingénierie de drainage s’est jusqu’à présent basé sur l’hypothèse que les statistiques sur les pluies resteront les mêmes à l’avenir, maintenant les mêmes tendances que dans le passé et le présent.

Pour considérer correctement les changements climatiques, les données sur les précipitations doivent être multipliées par un facteur qui inclut une augmentation prévue de l’intensité de la pluie. Sur la base de ces hypothèses, un nouveau plan peut être développé en tenant compte de : 

• la conception de nouveaux systèmes d’égouts ;
• la maintenance, la mise à jour et l’adaptation des systèmes existants.

La solution jardin de pluie s’inscrit parfaitement dans cette deuxième (et plus économique) catégorie de travaux.

Conséquences d’une mauvaise gestion des eaux pluviales

Conception d’un jardin de pluie : deux solutions différentes

Afin d’atténuer ces problèmes, plusieurs solutions ont été imaginées : dans ce Focus, nous réaliserons un projet entièrement fonctionnel avec deux options.

Il convient de garder à l’esprit que chaque solution proposée doit être réadaptée aux conditions locales, en tenant compte des facteurs climatiques, des réglementations locales, de la disponibilité des matériaux, etc. Pour les objectifs que nous nous sommes fixés, dans cet exemple, nous supposerons que toutes les enquêtes préliminaires ont déjà été effectuées et évaluées lors des phases initiales de la conception.

Rendu d’une solution facile pour un jardin de pluie autour d’une habitation issu du logiciel Edificius

Conception simplifiée d’un jardin de pluie

Un jardin de pluie dans sa forme très simple est un système conçu pour capturer l’eau de ruissellement, redirigeant le flux de la surface vers le sous-sol, activant certaines réactions qui traitent et purifient l’eau.

La simplicité du projet le rend applicable pratiquement partout, même dans les espaces privés, pour capturer des quantités très petites d’eau. Par exemple, il peut être trouvé dans les jardins des maisons juste dans la direction de la sortie de l’écoulement (voir images ci-dessous).

Planimétrie d’un jardin de pluie issue du logiciel Edificius

Comme il est possible d’observer, l’eau de pluie qui provient du système de toiture, après avoir été collectée, est canalisée à travers le chemin de cailloux et donc vers le jardin de pluie.

Pour définir un critère de dimensionnement pour un petit jardin de pluie, nous avons besoin de quelques informations de base, facilement accessibles : 

• la surface de drainage du toit ;
• le nombre de gouttières ;
• la pente du terrain ;
• le type de sol ;
• la quantité de pluie.

Dans cet exemple, supposons que nous avons un toit de 200 m² avec 4 gouttières : donc chaque gouttière dessert une surface de 50 m².

Coupe d’un petit jardin de pluie

Il convient donc de tenir compte des lignes directrices suivantes : 

• pour des pentes égales ou inférieures à 4%, l’étang devrait avoir environ 10 centimètres ;
• pour des pentes entre 5% et 7%, l’étang devrait avoir environ 15 centimètres ;
• pour des pentes entre 8% et 12%, l’étang devrait avoir environ 20 centimètres ;
• pour des pentes supérieures, il devient trop complexe d’utiliser ce type de jardin pluvial.

Supposons que nous ayons une pente de 6% et un étang d’une profondeur de 15 centimètres.

La qualité du sol déterminera la vitesse à laquelle l’eau est absorbée par le sous-sol : un sol sablonneux drainerait l’eau plus rapidement qu’un sol limoneux, et un sol argileux drainerait l’eau très lentement par rapport aux deux autres catégories.

Dans ce cas, nous considérerons un sol limoneux.

En ce qui concerne la quantité d’eau, considérons une moyenne de 5 centimètres de pluie par événement.

Étant donné la formule suivante : 

extension jardin pluvial = surface du toit x quantité de pluie / profondeur du jardin

dans notre exemple, nous aurons : 

50 m² * 0,05 m = volume d’eau = 2,5 m³
2,5 m³ / 0,15 m = extension jardin pluvial = 16,7 m²

Donc, notre jardin pluvial devra avoir au moins 16,7 m².

Le projet BIM du jardin pluvial correspondant est disponible, pour téléchargement gratuit, à la fin de cet article. À l’intérieur du fichier, il y a aussi le tableau des volumes pour le calcul des travaux de terrassement.

L’image ci-dessous montre un exemple de conception d’un jardin pluvial à petite échelle dans un contexte plus urbanisé. En l’absence d’espace disponible, ce système de collecte peut s’avérer très utile.

Téléchargez le modèle 3D (.edf file) d’un projet de jardin pluvial simplifié #1

Téléchargez le modèle 3D (.edf file) d’un projet de jardin pluvial simplifié #2

Rendu d’une solution facile pour un jardin de pluie en zone urbanisée issu du logiciel Edificius

Conception avancée d’un jardin pluvial

Dans un contexte hautement urbanisé, il peut sembler difficile d’appliquer ces concepts, car les volumes d’eau plus importants impliqués peuvent également nécessiter une surface plus large de l’étang : cet obstacle ne peut être surmonté qu’en augmentant la capacité de drainage des couches sous-jacentes de l’étang.

L’objectif de cet approfondissement est simplement de fournir un guide avec des conseils utiles sur la conception du jardin pluvial ; pour cette raison, nous omettrons tous les aspects de calcul et les normes et règlements relatifs (devant être considérés au niveau local).

Cependant, supposons que la surface du jardin soit d’environ 2% de la zone urbaine imperméable, un étang devrait avoir une profondeur de 10-30 cm et une conductivité hydraulique de 100-300 mm / heure.

Voyons quelques caractéristiques de conception.

Une coupe transversale avec les dimensions et les couches verticales d’un jardin de pluie complexe issue du logiciel Edificius

Dans cet exemple de jardin de pluie, nous commencerons par concevoir une section de fouille de 2,75 m x 1,40 m (hors volumes occupés par des éléments structurels), avec un revêtement imperméable sur les côtés et au fond.

Nous devons capturer les eaux pluviales de ruissellement qui arrivent de la route d’un côté et de la piste cyclable et du trottoir de l’autre côté.

Le flux d’eau sera dirigé vers le jardin à travers les orifices de drainage qui représentent également les limites les plus élevées que l’eau peut atteindre avant que le système de « débordement » ne commence à fonctionner.

Rappelons que le « débordement » drainerait l’eau sans aucun traitement.

Un composant supplémentaire utile peut être de construire une petite tranchée de maintenance juste sous les orifices de drainage. Ce pré-traitement interceptera et retiendra les sédiments qui pourraient autrement obstruer le biofiltre, réduisant sa durée de vie et compromettant les performances globales.

Le premier plan technique que l’eau rencontrera est la zone de filtration. C’est ici que la présence de 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.

L’objectif principal doit être de permettre le drainage de l’eau et donc de contenir moins de 3 % de limon et d’argile (les matériaux sont traités par lavage afin d’éliminer l’argile et les fractions de limon).

Il est clairement approprié de créer un substrat pour soutenir l’expansion des racines des plantes, et aussi pour promouvoir un riche environnement microbiologique.

En tenant compte du système racinaire de la variété de plantes choisie, l’épaisseur de cette couche ne devrait pas dépasser 40 à 60 cm.

Juste en dessous de la couche de biofiltre, une couche de transition doit également être mise en œuvre. Cette zone sert de filtre qui empêche la migration verticale des matériaux composant le 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 immédiatement supérieure. L’épaisseur minimale de cette couche devrait être de 10 cm.

La couche au fond de la stratification est le système de drainage, constitué d’agrégats fins (taille des graviers de 2 à 7 mm). La fonction principale de cette zone est de recueillir et de transporter les eaux pluviales traitées et, enfin, dans ce projet à couches particulier, de retenir et de stocker une réserve d’eau accessible à la végétation pendant les périodes de sécheresse.

L’épaisseur de cette zone (temporairement) immergée devrait être entre 45 et 50 cm (un minimum de 30 cm est requis). De longues périodes sans événements pluvieux auront évidemment un impact négatif sur la végétation. Pour cette raison, il est essentiel d’estimer la période opérationnelle de la zone immergée et on peut considérer cette formule simple : 

temps de ruissellement de l’eau (jours) = porosité du milieu x profondeur de la zone immergée (mm) / taux d’évapotranspiration (mm / jour)

La conductivité hydraulique du système ici est supérieure à celle de la zone de transition superposée : dans cette zone, un tuyau de collecte peut également être installé comme partie de la prise surélevée.

Un composant fortement recommandé dans ce système est le « drainage surélevé » qui permet de créer une cuve immergée qui permet de filtrer et de diriger l’eau excédentaire.

Téléchargez le modèle 3D (.edf file) d’un projet complexe de jardin de pluie

Sélection de la végétation pour un jardin de pluie

Comme mentionné, les plantes sont des éléments essentiels dans les systèmes de bioretention.

Il est difficile de définir une variété de végétation qui peut être plantée dans toutes les conditions climatiques à travers le monde ; pour cette raison, dans cet exemple, nous mettrons en avant quelques principes de base à prendre en compte lors du choix de la végétation.

La règle principale : il est nécessaire de planter des variétés et des espèces locales.

Les plantes indigènes sont fondamentalement en harmonie avec l’environnement ; elles réagiront donc mieux aux variations climatiques, aux attaques de parasites et à la concurrence des mauvaises herbes envahissantes. En d’autres termes, elles sont plus résistantes.

Un autre aspect fondamental à considérer est les caractéristiques des racines. Les meilleures performances sont étroitement proportionnelles à la longueur des racines, mais aussi à la forte présence de racines fines et à une surface générale de contact entre les racines et le sol.

De plus, une bonne pratique consiste à utiliser une haute densité de plantation combinée à une grande diversité d’espèces et de types. Différentes plantes peuvent varier dans leurs performances en fonction des variations climatiques au cours des changements de saison. La capacité d’absorber 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 de la composante végétale est essentielle pour une performance supérieure du système.

En conclusion, nous avons décrit quelques types de jardins de pluie ; cependant, il existe de nombreuses autres variantes possibles en termes de forme, de taille et de complexité.

Par exemple, dans l’image ci-dessous, vous pouvez voir un jardin de pluie à grande échelle qui est encore plus efficace que le premier modèle décrit précédemment, avec certaines fonctionnalités également utilisées dans le type de projet complexe (le projet complet peut être téléchargé gratuitement ci-dessous).

Coupe d’une conception complexe d’un jardin de pluie issue du logiciel Edificius

Projet complexe de jardin de pluie 

Pour finir, si vous êtes intéressé par ce sujet, nous vous conseillons de lire également les articles suivants : 

• Comment concevoir un jardin : schémas, images et exemples à télécharger
• Projet d’éclairage de jardin

Ressources et téléchargements pour la conception de jardin de pluie

Dans cette section, vous trouverez les liens pour télécharger les fichiers des projets et les diapositives de présentation.

Télécharge le modèle 3D (.edf file) d’un projet de jardin de pluie simplifié #1

Télécharge le modèle 3D (.edf file) d’un projet de jardin de pluie simplifié #2

Télécharge le modèle 3D (.edf file) d’un projet complexe de jardin de pluie

Diapositives sur comment concevoir un jardin de pluie

Vidéo

FAQ

Qu’est-ce qu’un jardin de pluie ?

Un jardin de pluie est un creux ou une dépression naturelle ou artificielle qui recueille l’eau de ruissellement provenant des toits, des routes et d’autres surfaces urbaines. Il sert à filtrer et à évacuer l’eau dans le sol ou dans des systèmes de drainage souterrain, réduisant la pollution des eaux et améliorant la gestion de l’eau.

Quel est le rôle du jardin de pluie dans la gestion des eaux pluviales ?

Le jardin de pluie contrôle le ruissellement des eaux pluviales à travers des systèmes d’ingénierie naturelle, réduisant le risque d’inondations et filtrant les substances polluantes avant qu’elles n’entrent dans les systèmes hydriques naturels.

Quels sont les avantages environnementaux d’un jardin de pluie ?

Les jardins de pluie améliorent la qualité de l’eau en réduisant la pollution par ruissellement, aident à prévenir les inondations, favorisent la biodiversité urbaine et peuvent contribuer à la recharge des nappes phréatiques.

Quels sont les éléments clés d’un jardin de pluie complexe ?

Un jardin de pluie complexe comprend plusieurs couches de filtration, un système de drainage avancé, une stratification avec des matériaux spécifiques pour la rétention d’eau et la filtration, et un système de trop-plein pour la gestion de l’eau excédentaire.