Système de Gestion Durable des Eaux de Surface
Comprendre le Système de Gestion Durable des Eaux de Surface
Un nouveau quartier résidentiel est en cours de développement. Ce quartier couvre une superficie de 10 hectares et comprend des habitations individuelles, des espaces verts et des voies de circulation. L’objectif est de concevoir un système de gestion des eaux pluviales qui minimise l’impact sur le réseau municipal d’assainissement et favorise l’infiltration et le traitement naturel des eaux pluviales.
Pour comprendre le Calcul du débit de ruissellement (Q), cliquez sur le lien.
Données:
- Superficie du quartier : 10 hectares
- Surface imperméable (toitures, voiries, trottoirs) : 60% de la superficie totale
- Surface perméable (jardins, espaces verts) : 40% de la superficie totale
- Coefficient de ruissellement moyen pour la surface imperméable : 0.9
- Coefficient de ruissellement moyen pour la surface perméable : 0.1
- Précipitation de conception : 85 mm (pluie sur 24h, correspondant à un événement pluvieux de période de retour 10 ans dans la région)
Questions:
1. Calcul du volume de ruissellement : Déterminer le volume total de ruissellement généré par l’événement pluvieux de conception pour l’ensemble du quartier.
2. Conception d’une noue végétalisée :
- La noue doit être capable de traiter 50% du volume total de ruissellement.
- La profondeur maximale de la noue est limitée à 0.6 m.
- La pente longitudinale de la noue est de 1%.
- Supposer que l’infiltration dans la noue est de 50 mm/h.
- Déterminer les dimensions de la noue (largeur en bas, largeur en haut, longueur) pour qu’elle puisse traiter efficacement le volume d’eau requis.
Correction : Système de Gestion Durable des Eaux de Surface
1. Calcul du volume de ruissellement total généré par l’événement pluvieux
1.1. Données
Superficie totale du quartier :
\[ A_{\text{total}} = 10 \text{ ha} = 10 \times 10\,000 \] \[ A_{\text{total}} = 100\,000 \, m^2 \]
Surface imperméable : 60% de \( A_{\text{total}} \)
\[ A_{\text{imp}} = 0,60 \times 100\,000 \] \[ A_{\text{imp}} = 60\,000 \, m^2 \]
Surface perméable : 40% de \( A_{\text{total}} \)
\[ A_{\text{perm}} = 0,40 \times 100\,000 \] \[ A_{\text{perm}} = 40\,000 \, m^2 \]
Coefficients de ruissellement :
- \( C_{\text{imp}} = 0,9 \) (imperméable)
- \( C_{\text{perm}} = 0,1 \) (perméable)
Précipitation de conception :
\[ P = 85 \, \text{mm} = 0,085 \, m \]
1.2. Calcul pour chaque type de surface
Pour la surface imperméable :
\[ V_{\text{imp}} = C_{\text{imp}} \times P \times A_{\text{imp}} \] \[ V_{\text{imp}} = 0,9 \times 0,085 \times 60\,000 \] \[ V_{\text{imp}} = 0,0765 \times 60\,000 = 4590 \, m^3 \]
Pour la surface perméable :
\[ V_{\text{perm}} = C_{\text{perm}} \times P \times A_{\text{perm}}
\] \[ V_{\text{perm}} = 0,1 \times 0,085 \times 40\,000 \] \[ V_{\text{perm}} = 0,0085 \times 40\,000 \] \[ V_{\text{perm}} = 340 \, m^3 \]
1.3. Volume total de ruissellement
\[ V_{\text{total}} = V_{\text{imp}} + V_{\text{perm}} \] \[ V_{\text{total}} = 4590 + 340 \] \[ V_{\text{total}} = 4930 \, m^3 \]
2. Détermination du volume de ruissellement à traiter par la noue
Objectif : La noue doit traiter 50 % du volume total de ruissellement.
\[ V_{\text{noue}} = 0,5 \times V_{\text{total}} \] \[ V_{\text{noue}} = 0,5 \times 4930 \] \[ V_{\text{noue}} = 2465 \, m^3 \]
2.1. Dimensionnement de la noue végétalisée
2.1.1. Hypothèses géométriques et choix de la section
Pour la conception, nous adoptons une section trapezoïdale avec :
- Profondeur maximale : \( d = 0,6 \, m \)
- Hypothèse sur les pentes latérales : on suppose des pentes 1:1 (pour 1 m de dénivelé, 1 m de débord latéral). Ainsi, l’extension horizontale sur chaque côté est égale à \( d \), soit \( 0,6 \, m \).
On définit :
- Largeur en bas (\( b \)) : que nous choisirons
- Largeur en haut (\( B \)) :
\[ B = b + 2 \times 0,6 \] \[ B = b + 1,2 \, m \]
L’aire de la section (\( A \)) de la noue est donnée par la formule de l’aire d’un trapèze :
\[ A = \frac{b + B}{2} \times d
\] \[ A = \frac{b + (b+1,2)}{2} \times 0,6
\] \[ A = \left(b + 0,6\right) \times 0,6 \quad [m^2] \]
2.1.2 Intégration de l’infiltration dans la noue
On nous donne :
Taux d’infiltration : \( I = 50 \, \text{mm/h} = 0,05 \, m/h \)
Supposons qu’une fois que l’eau arrive dans la noue, elle y reste en moyenne pendant un temps \( t \) (en heures) avant d’être complètement infiltrée. Pour cet exemple, nous prenons :
\[ t = 2 \, h \]
L’infiltration agissant principalement sur le fond de la noue, la contribution infiltrée par mètre de longueur de noue est :
\[ V_{\text{inf/m}} = I \times b \times t \] \[ V_{\text{inf/m}} = 0,05 \times b \times 2 \] \[ V_{\text{inf/m}} = 0,1 \, b \quad [m^3/m] \]
La capacité totale (par mètre de longueur) de la noue, combinant la capacité de stockage et la capacité d’infiltration, est alors :
\[ \text{Capacité par mètre} = A + (I \times b \times t) \]
Soit,
\[ C = (b + 0,6) \times 0,6 + 0,1 \, b \quad [m^3/m] \]
2.1.3 Choix d’une valeur pour \( b \) et calcul de la longueur requise
Choix de conception :
Prenons par exemple une largeur en bas \( b = 1,5 \, m \).
Dès lors :
Largeur en haut :
\[ B = 1,5 + 1,2 = 2,7 \, m \]
Aire de la section :
\[ A = (1,5 + 0,6) \times 0,6 \] \[ A = 2,1 \times 0,6 \] \[ A = 1,26 \, m^2 \]
Capacité d’infiltration par mètre :
\[ I \times b \times t = 0,05 \times 1,5 \times 2 \] \[ = 0,15 \, m^3/m \]
Capacité totale par mètre de noue :
\[ C = 1,26 + 0,15 \] \[ C = 1,41 \, m^3/m \]
La longueur requise \( L \) de la noue pour traiter le volume \( V_{\text{noue}} \) est alors obtenue par :
\[ L = \frac{V_{\text{noue}}}{C} = \frac{2465}{1,41} \approx 1748 \, m \]
Remarques complémentaires :
- La pente longitudinale de 1% (c’est-à-dire une descente de 1 m tous les 100 m) n’intervient pas directement dans le calcul du volume stocké mais garantit un écoulement adéquat de l’eau vers la noue.
- Le choix de \( b = 1,5 \, m \) et \( t = 2 \, h \) est un exemple de conception. En pratique, on pourra ajuster ces valeurs (ainsi que les hypothèses sur la forme de la section) pour optimiser la dimension et la faisabilité du projet.
- Il est recommandé d’effectuer des vérifications supplémentaires (par exemple à l’aide de l’équation de Manning pour estimer la vitesse d’écoulement) afin de s’assurer que le temps de rétention et les capacités d’infiltration soient cohérents avec le déroulement réel de l’événement pluvieux.
Conclusion :
Pour traiter efficacement 50% du ruissellement total (soit environ \(2465 \, m^3\)), en supposant une noue de section trapézoïdale avec une largeur en bas de \(1,5 \, m\), une largeur en haut de \(2,7 \, m\), et une profondeur de \(0,6 \, m\), et en intégrant une infiltration de \(50 \, \text{mm/h}\) sur un temps moyen de \(2 \, h\), la longueur de la noue doit être d’environ 1748 m.
Système de Gestion Durable des Eaux de Surface
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