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L'idée générale est de stocker provisoirement l'eau avant de l'envoyer vers un exutoire naturel avec un débit compatible avec la capacité de cet exutoire à s'en accommoder. Cet exutoire peut être un exutoire de surface (rivière, lac, mer), un exutoire souterrain ou, plus rarement l'atmosphère (Marsalek et al, 2007).



Gestion "au bout du tuyau"

La solution la plus classique est constituée par les solutions dites "au bout du tuyau" ("end of pipe systems"). Elles consistent à installer des ouvrages de grande taille (généralement des bassins de retenue sec ou en eau) qui viennent compléter un réseau d'assainissement existant. Ces ouvrages peuvent être positionnés :

• A l'exutoire d'un bassin versant amont de quelques centaines d'hectares drainé par un réseau classique. Ces bassins peuvent se vidanger dans le réseau d'assainissement aval avec un débit régulé; ils peuvent également disposer d'un exutoire spécifique vers le milieu naturel (c'est en particulier le cas des bassins d'infiltration). Dans ce cas ils peuvent disposer d'une fonction de traitement, soit purement physique (décantation), soit de plus en plus souvent biologique .
• En série sur le réseau lui-même. Dans ce cas, leur objectif principal est souvent de limiter les débits de pointe dans les réseaux aval anciens sous dimensionnés ou devenus insuffisants du fait du développement urbain à l'amont. Ces ouvrages étant souvent situés dans des zones déjà denses, ils sont parfois souterrains. Leur exutoire principal est généralement le réseau existant (c'est systématiquement le cas pour les réseaux unitaires). Parfois ils peuvent disposer d'un exutoire secondaire, de type trop plein, dirigeant l'excédent de flux vers un exutoire naturel.
• En parallèle au réseau d'assainissement, souvent alimentés par surverse lorsque le débit dépasse un certain seuil. Il peut s'agir d'ouvrages multi-fonctionnels pour lesquels on essaie de limiter le nombre et la durée des remplissages. Il peut également s'agir de bassins d'orage sur un réseau unitaire. Dans ce cas, leur fonction est de maximiser le volume d'eau envoyé à la station d'épuration. Cette solution est très classique en Allemagne ou en Europe du Nord où elle s'est beaucoup développée depuis la publication de la directive cadre sur les eaux résiduaires urbaines. Elle est également développée dans certaines villes américaines équipées d'un réseau unitaire. L'exemple le plus spectaculaire est celui de Chicago avec un volume de stockage de 3 milliards de m³ (Lanyon in Novotny & Brown, 2007).

Les ouvrages de ce type de première génération étaient généralement monofonctionnels, installés sur des terrains publics et gérés par le service assainissement (STU & Agence de l’Eau, 1994). Depuis quelques dizaines d'années, ils sont de plus en plus souvent plurifonctionnels (Département de Seine-Saint-Denis, 2003).

Stockage provisoire en surface

Une autre solution consiste à utiliser des espaces urbains préexistants pour stocker provisoirement l'eau pendant les situations de crise et limiter ainsi les risques d'inondation à l'aval. De nombreux espaces, généralement publics, peuvent être sollicités : parking, places, espaces verts, terrains de sport, voire cours d'école (CERTU, 2000 ; 2006).

Ce mode de gestion est à relier à la notion de réseau mineur et réseau majeur (Clar et al, 2004). Le réseau mineur est constitué par le réseau de conduites souterraines. Il est dimensionné pour accepter les crues fréquentes (typiquement de période de retour 1 à 3 ans). Le réseau majeur est constitué par une partie aménagée du réseau de voirie. L'aménagement consiste à construire des voiries de pente régulière (en évitant en particulier les points bas) et suffisamment décaissées par rapport aux immeubles desservis pour éviter les intrusions d'eau dans les rez-de-chaussée ou les sous-sols. Ce réseau majeur guide les flux générés par les événements extrêmes vers les zones de stockage indiquées précédemment.

Une gestion optimum de ce type d'aménagement, qui se développe depuis plusieurs années en Australie (O'Loughlin, 1987), nécessite une très bonne ingénierie des points d'entrée dans le réseau (avaloirs et bouches d'égout). Ces ouvrages doivent en effet se comporter comme des régulateurs et ne laisser rentrer dans le réseau mineur que les flux que ce dernier est capable d'accepter. L’encadré ci-dessous, extrait de O'Loughlin & Anderson (2004), dans Brelot et al, 2004, illustre cette démarche.

Une évolution actuelle consiste à considérer globalement le système urbain et à concevoir les quartiers pour permettre une gestion intelligente et durable des eaux de ruissellement.

Gestion à la parcelle

Si certains grands ouvrages de gestion des flux d'eau "au bout du tuyau" sont encore largement monofonctionnels et construits avec l'objectif exclusif de limiter les risques d'inondation et/ou de diminuer les charges de polluants rejetées au milieu naturel, il n'en est pas de même de la plupart des ouvrages de gestion à la parcelle qui ont en général au moins une deuxième fonction : création d'espaces urbains agréables, récupération de l'eau, abaissement local des températures, etc.. Beaucoup de solutions de ce type (stockage sur les toitures, citernes, …) sont pour cette raison décrites dans les paragraphes suivants. Nous ne présenterons ici que les puits d'infiltration et les tranchées de rétention-infiltration dont la fonction principale est la gestion des eaux pluviales, même si ces ouvrages peuvent facilement être intégrés à la ville.

Les puits d'infiltration ont pour fonction l'évacuation directe des eaux pluviales dans le sol. Ils drainent généralement des surfaces de l’ordre du millier de mètres carrés. Cette technique a l'avantage de pouvoir être appliquée dans des zones où la couche de sol superficielle est peu perméable (forte urbanisation, terrain superficiel imperméable) mais qui ont des capacités importantes d'infiltration dans les couches profondes. On distingue habituellement deux types de puits : les puits d'infiltration et les puits d'injection. Dans le premier cas, les eaux sont infiltrées dans le sol en passant au travers d'une couche de sol non saturée. Dans le deuxième cas, les eaux pluviales sont directement injectées dans une nappe et le risque de pollution des eaux souterraines est très important. Cette solution, longtemps utilisée en particulier aux Etats-Unis et maintenant interdite dans presque tous les pays. La règle générale consiste à préserver une zone non saturée de 1 mètre entre le niveau maximum de la nappe et le fond du puits (Chocat et al, 1997), voire davantage (par exemple le Grand Lyon exige 2 mètres dans les zones où la nappe doit être protégée).

Les tranchées de rétention/infiltration sont des ouvrages linéaires et superficiels (d'une profondeur généralement inférieure au mètre) qui peuvent recueillir les eaux de ruissellement de différentes manières et qui les évacuent ensuite soit directement par infiltration vers le sol profond, soit vers un exutoire (réseau, puits, etc.).

Les tranchées sont utilisées depuis de nombreuses années dans beaucoup de pays comme l'Allemagne, l'Australie, le Danemark, les Etats-Unis, la Grande-Bretagne, le Japon, la Scandinavie, la Suède, etc. (voir Brelot et al, 2001 ; 2004 ou 2007). En France, cette technique est aussi largement répandue. La mise en oeuvre relativement facile des tranchées, leur faible emprise au sol et la possibilité de les intégrer dans presque n’importe quel type de forme urbaine (le long d’une voirie ou d’un immeuble, au milieu d’un parking ou d’un espace vert) expliquent probablement leur succès.

Gestion à la source

Il s'agit dans ce cas de gérer la goutte d'eau de pluie au plus près de son point d'arrivée sur le sol, idéalement là où elle tombe. Nous ne décrirons ici que deux familles d'ouvrages :

Les bandes enherbées ont des applications importantes en agriculture pour fixer les produits phytosanitaires et les engrais. Une bande non cultivée et plantée d'herbes permet par exemple de diviser par 4 ou 5 la quantité de pesticides apportée à une rivière (MEDD, 2005). L'utilisation de cette technique s'est également développée dans différents pays pour lutter contre la pollution des eaux de ruissellement urbain, que ce soit en bordure d'autoroutes ou de routes très circulées ou en bordure des voiries urbaines (Field et al, 2006 ; Ellis et al, 2005). L'utilisation de noues en bordure de voirie permet de fait la mise en place de bandes enherbées.

Les chaussées à structure réservoir sont une technique plus urbaine. Elles permettent de stocker dans le corps de chaussée des quantités importantes d'eau pour les restituer ensuite à débit contrôlé soit à un réseau traditionnel, soit au milieu naturel par infiltration ou par un exutoire régulé. L'alimentation du corps de chaussée peut se faire soit par infiltration dans la couche de roulement (chaussées poreuses), soit par des drains si la couche de roulement est imperméable. Au-delà de leur finalité principale de gestion de l'eau, les chaussées à structure réservoir présentent des avantages complémentaires, comme par exemple l'amélioration de la tenue au gel qui fait qu'elles sont beaucoup utilisées dans les pays nordiques (Marsalek et al, 2004), ou encore, dans le cas des chaussées poreuses en évitant les projections d'eau.