Dimensionnement & Conception des chaussées à structure réservoir

Principes de fonctionnement et avantages spécifiques

Une chaussée à structure réservoir supporte, comme toute chaussée, la circulation ou le stationnement de véhicules ; elle est aussi un réservoir pour les eaux de ruissellement : la rétention d’eau se fait à l’intérieur du corps de la chaussée, dans les vides des matériaux.





L’eau est collectée, soit localement par un système d’avaloirs et de drains qui la conduisent dans le corps de chaussée, soit par infiltration répartie à travers un revêtement drainant en surface, enrobé drainant ou pavé poreux.
L’évacuation peut se faire vers :

• Un exutoire prédéfini.
• Un réseau d’eau pluviale ou par infiltration dans le sol support.

Les avantages spécifiques à cette solution concernent principalement :

• L'insertion très facile en milieu urbain sans consommation d'espace.
• Diminution du bruit de roulement si le revêtement de surface est un enrobé drainant.
• Amélioration de l’adhérence.
• Piégeage de la pollution.
• Alimentation de la nappe.

Les inconvénients sont surtout liés au risque de pollution de la nappe (pollution accidentelle) et au colmatage lorsque l’on utilise des enrobés drainants.

Pour une bonne réalisation

Parties et fonctions de la chaussée	Critères à vérifier
La structure-réservoir	→ La pente du terrain : Trop importante, elle peut provoquer une accumulation de l’eau dans les points bas et son débordement sur la chaussée ; elle réduit aussi la capacité de stockage dans le matériau poreux ; on peut mettre en place des cloisons ou augmenter l’épaisseur du matériau pour améliorer cette capacité de stockage (schéma ci-dessous). La pente est dite « importante » à partir de 1 %. On retiendra qu’il est possible de réaliser des chaussées à structure réservoir jusqu’à des pentes de 10 % (ZAC de Verneuil-sur-Seine – 78). Inversement, sur terrains plats, il n’y a pas de risque de débordement, mais la durée de vidange peut être trop longue ; il est souhaitable de donner de légères pentes (≤ 1 %) au fond de la structure poreuse pour éviter les stagnations locales d’eau.
La collecte	→ Revêtement compact : Il n’y a pas de contrainte particulière à la mise en place d’avaloirs et de drains. → Revêtement drainant : Les expériences : Rocade bordelaise. Boulevard périphérique parisien et autres rocades, montrent que l’enrobé drainant peut supporter un trafic lourd s’il est correctement dimensionné. A l’opposé, pour les faibles trafics, où la capacité d’autocurage est limitée, des compositions d’enrobé drainant très ouvertes permettront un entretien efficace. L’enrobé drainant est à proscrire dans les virages serrés et giratoires à cause d’efforts de cisaillement trop importants.
L'évacuation	→ La perméabilité du sol : De 10-5 à 10-3 m/s, elle permet la sortie de l’eau par infiltration dans le sol support. Avec une perméabilité plus faible que 10-5 m/s, il est préférable de rechercher des horizons plus perméables, avec un puits infiltrant par exemple. → La sensibilité du sol support à l’eau : Le sol peut perdre ses caractéristiques mécaniques en présence d’eau dans certains cas, le dimensionnement de la structure de la chaussée pourra pallier ce défaut (voir le chapitre « dimensionnement »). → La profondeur de la nappe : Le sol situé entre le réservoir et la nappe jouant le rôle de filtre, une épaisseur minimale peut être fixée par les services d’hygiène locaux. Une infiltration avec une nappe affleurante nécessite des mesures de protection supplémentaires. → Lorsque le risque de pollution accidentelle ou diffuse existe, il faudra prévoir des dispositifs d’épuration en amont de l’infiltration dans le sol. Lorsque le risque de pollution est fort, l’infiltration est à proscrire; la sous-couche sera protégée par une géomembrane et l’évacuation de l’eau se fera vers un autre exutoire. → Le règlement qui limite ou interdit l’infiltration : Périmètre de protection des eaux pour baignade ou alimentation en eau potable.

Enfin, pour en assurer la pérennité, il est important d’informer les usagers des principes de fonctionnement de la chaussée à structure réservoir et des règles minimales à respecter , telles que :

• ne pas rejeter d’eaux usées ni polluées dans des avaloirs assurant la diffusion des eaux de pluie dans ces structures,
• ne pas entreposer de terre ou de matériaux pulvérulants sur des revêtements drainants.

Pour augmenter la capacité de stockage dans le matériau poreux, on pourra mettre en oeuvre une chaussée à structure réservoir en cascade à l’aide de cloisons et de surépaisseur.



Face au risque de pollution accidentelle, des dispositifs d’épuration et de prétraitement doivent être installés. Par exemple, une géomembrane permet d’isoler la structure réservoir du sol : une série de drains collecte les eaux en fond de réservoir et les conduit vers des décanteurs, une autre série part de ces décanteurs pour amener l’eau sous la géomembrane, à débit régulé, afin qu’elle s’infiltre dans le sol.

Conception & Dimensionnement

⇒ Calcul du volume de rétention nécessaire
Après avoir rassemblé les principaux éléments nécessaires à la conception du projet :

• Topographie.
• Délimitation des bassins versants.
• Caractéristiques mécaniques et hydrauliques des sols.
• Caractéristiques de la nappe.

il faut déterminer le volume de rétention nécessaire.

La structure réservoir de la chaussée se dimensionne selon deux aspects : hydraulique et mécanique.

A l’issue de ces deux dimensionnements, on retient l’épaisseur du matériau la plus importante. C’est en général celle venant du dimensionnement mécanique.

⇒ Choix des matériaux de constitution des structures-réservoirs
En couche de surface, les matériaux utilisés peuvent être perméables ou non :

• Dans le premier cas (revêtement drainant), citons parmi les matériaux perméables, les enrobés drainants, les bétons poreux et les pavés poreux. Les enrobés drainants dont on dispose actuellement, ceux de la nouvelle génération, sont plus ouverts que les anciens enrobés, ce qui diminue la vitesse de colmatage ; l’atténuation sonore reste satisfaisante.
  Les pavés poreux sont généralement constitués de béton. Ils sont posés sur une couche de sable grossier pour faciliter leur calage et pour limiter les risques d’infiltration des polluants. Un géotextile doit être placé sous le lit de sable. Leur absorption de surface est de l’ordre de 10^-3 m/s voire 10^-2 m/s et leur porosité varie de 20 à 25 %. Leur épaisseur varie de 6 à 12 cm.
• Dans le second cas (revêtement compact), des dispositifs d’injection des eaux dans la structure poreuse sont nécessaires. Le dimensionnement de l’enrobé étanche se fait de façon classique ; pour les drains, on utilisera les normes françaises NF U 51-101 et NF P 16-351, ainsi que, avec prudence, les documentations commerciales.

En couche de base, des matériaux perméables ou non peuvent être utilisés. Les matériaux perméables ne sont nécessaires que si la couche de surface est elle-même perméable ; ce sont alors principalement des graves bitumes poreuses, des bétons poreux et des matériaux concassés sans sable.

En couche de fondation et en couche de forme, les matériaux ayant les plus fortes porosités seront utilisés afin d’assurer le stockage temporaire des eaux de pluie. Les principaux matériaux disponibles sont les concassés sans sable et les plastiques alvéolaires.





⇒ Evacuation
Les drains classiques d’évacuation en fond de tranchée doivent fonctionner en charge et en décharge comme expliqué sur le schéma ci-dessous, pour éviter qu’ils ne se colmatent. Il faut réguler et limiter le débit d’évacuation vers le réseau par la capacité des drains, avec un système d’ajustage, d’orifice ou de vanne.

Entretien

⇒ Entretien du revêtement
Deux cas se présentent :

1. Revêtement perméable
   En préventif, on nettoiera la chaussée par une simple aspiration sur toute sa largeur. Ces matériels d’inspiration en grande largeur sont encore peu répandus, mais des adaptations de matériels existants sont possibles. L’usage du balayage est déconseillé, car il entraîne un colmatage plus rapide des vides du matériau.
   
   En curatif, le lavage à l’eau sous haute pression combiné à l’aspiration donne des résultats satisfaisants : l’enrobé retrouve des niveaux d’absorption d’origine, 10^-2 m/s. L’expérience bordelaise montre que deux passes suffisent et que la très haute pression (P > 400 bars) n’est pas nécessaire. Sur l’agglomération bordelaise, les coûts de cette technique ont été évalués entre 2 et 5 F/m².
   
   
   
   Machine de décolmatage
   
   
   
   
   Machine de décolmatage
   
   
   
2. Revêtement imperméable
   Les techniques classiques d’entretien de chaussées conviennent : balayage, aspiration. Nettoyer fréquemment la surface réduira les risques de pollution de la couche de stockage en matériaux poreux.

⇒ Entretien de la structure réservoir
Compte tenu de la nature des matériaux constituant la structure réservoir - matériaux concassés, quelques précautions doivent être prises en cas de travaux : notamment, les parois latérales des tranchées ne seront pas verticales et lors du remblayage, il faudra reconstituer la structure poreuse à l’identique ou au moins assurer les écoulement à sa base. D’autre part, afin d’éviter la migration d’éléments fins vers les matériaux poreux de la structure réservoir, il faut éviter de mettre celle-ci en contact avec des matériaux constitués de tels éléments ; pour cela, on peut éventuellement protéger les matériaux poreux par un géotextile.

⇒ Entretien des ouvrages hydrauliques
On utilisera les matériels classiques employés pour le curage des réseaux d’assainissement : hydrocureuses, aspiratrices.