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Bassin enterré (HU)

De Wikibardig

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Traduction anglaise : underground tank, underground basin

Dernière mise à jour : 27/07/2023

Bassin de retenue souterrain ; les ouvrages de ce type sont intéressants dans les parties denses des villes lorsque le coût du foncier ne permet pas la mise en place d‘ouvrages à ciel ouvert ; seuls sont approfondis dans cette article les éléments spécifiques aux bassins enterrés ; nous renvoyons à l'article Bassin de retenue pour les aspects génériques communs à tous les ouvrages.

Ces ouvrages peuvent constituer une solution alternative de gestion des eaux pluviales.

Sommaire

Généralités

Nous centrons le terme bassin de retenue enterré sur les ouvrages publics de grande dimension intégrés dans les réseaux d'assainissement. Les stockages souterrains de petite taille visant une gestion des eaux pluviales à la source font l'objet de deux articles spécifiques : citerne et structure réservoir.

Principes et variantes

Le principe consiste à construire une structure souterraine permettant le stockage provisoire des eaux puis leur restitution à débit contrôlé vers l'aval de façon à étaler les pointes de débit. Une fois l'ouvrage construit, la surface au sol peut être utilisée pour un grand nombre d'usages (figure 1). Les bassins de ce type peuvent être installés sur des réseaux strictement pluviaux ou sur des réseaux unitaires auxquels ils sont intégrés.


Figure 1 : Schéma de principe d'un bassin de retenue enterré ; Source : Adapté d'après siare95

Les bassins de ce type peuvent prendre des formes diverses :

  • être construits en béton (figure 2) ;
  • utiliser des structures alvéolaires ultralégères (SAUL) (uniquement sur les réseaux pluviaux ; figure3) ;
  • utiliser des conduites surdimensionnées (figure 4) ;
  • de façon plus anecdotique (et parfois controversée du fait des risques de relargage de polluants), utiliser des produits recyclés (par exemple des pneus) (uniquement sur les réseaux pluviaux ; figure 5).


Figure 2 : Exemple de bassin enterré en béton de grandes dimensions : le bassin Ganay à Marseille ; crédit photo SERAM.


Figure 3 : Exemple de bassin enterré (en construction) utilisant des SAULs ; Crédit photo : Adopta.


Figure 4 : Exemple de bassin enterré utilisant des conduites surdimensionnées en polyéthylène : le bassin St-Omer à Drumonville (Canada) ; Source : www.journalexpress.ca.


Figure 5 : Bassin de la Zone d'Activité de Sevran construit dans les années 1990 en utilisant des pneus déclassée ; la possibilité d'un éventuel relargage de micropolluants à partir des pneumatiques demeure mal appréciée et conduit à devoir être prudent quant à la conception de tels ouvrages ; crédit photo DEA 93.

Comme tous les ouvrages de stockage, une partie des solides transportés dans l’écoulement vont se décanter dans le bassin. Cette décantation peut même constituer la fonction principale de l'ouvrage.

Si le bassin est construit sur un réseau pluvial, il est possible de l'équiper d'une fosse de décantation ou d'un autre dispositif évitant leur remise en mouvement lors de la vidange de l'ouvrage. Ce fonctionnement permet le piégeage d'une partie des sédiments ainsi que celui des polluants qui leurs sont associés (voir Pollution des eaux de ruissellement (HU)). Les modalités de curage de cette fosse doivent être prévues dès la conception.

Si le bassin est construit sur un réseau unitaire, on utilise généralement une stratégie opposée consistant à favoriser, éventuellement après vidange des eaux claires, la remise en suspension des solides décantés de façon à les renvoyer vers la station d'épuration une fois les pics de débit passés et à limiter ainsi les coûts de leur extraction sur place ou l'encrassement de l'ouvrage. Cette remise en suspension peut par exemple se faire avec des augets basculeurs ou des chasses d'eau. Si un milieu récepteur est disponible à proximité, il est possible de doter l'ouvrage d'un déversoir d'orage permettant le rejet direct d'une partie de l'eau décantée.

Historique

Les premiers bassins de retenue enterrés ont été construits en France à partir des années 1980 (Nancy, Bordeaux), en particulier dans un objectif de lutte contre les inondations dues aux débordements de réseaux. Il s'agissait alors d'ouvrages monumentaux en béton. Souvent construits sur les réseaux unitaires des centres villes anciens, on leur a très vite associé (de façon spécifique ou complémentaire) une fonction de lutte contre la pollution :

  • soit en leur faisant jouer un rôle de décantation et de piégeage des polluants avant rejet ;
  • soit en les utilisant pour diminuer les rejets par les déversoirs d'orage en renvoyant tout ou partie des volumes stockés vers la station d’épuration.

Leur spécificité a été mise en avant par le guide des bassins de retenue (STU, 1994) qui en fait une catégorie différente de celle des bassins secs.

Vers la fin du XXème siècle la mise sur le marché d'un nombre de plus en plus important de SAUL a largement contribué à développer leur usage sur les réseaux pluviaux en permettant des constructions moins onéreuses et capables d'occuper des espaces de taille et de configuration variées.

Fonctions et co-bénéfices

L'intérêt principal des bassins enterrés est de ne pas mobiliser de foncier en surface (sauf éventuellement pendant la durée des travaux) et de permettre la plupart des usages urbains sur leur emprise. S'ils ne sont pas mobilisés trop souvent ils peuvent également avoir d'autres usages, l'usage de parking souterrain est par exemple possible moyennant certaines précautions.

Il est également possible pour les collectivités de les utiliser, sur les réseaux pluviaux, comme des réservoirs d'eau souterrains utilisables pour différents usages (réserve incendie, arrosage de la végétation, arrosage et lavage des rues, etc.). La qualité de l'eau stockée doit alors être assurée, soit par un prétraitement et par une décantation, soit en choisissant des zones de collecte où l'eau est peu polluée (voir figure 6).


Figure 6 : Trémie Vauban à Lyon : une ancienne trémie routière reconvertie en réservoir de stockage des eaux pluviales utilisables pour le lavage des rues et l’arrosage des espaces verts ; Source : GRAIE, 2014.

Il est même possible de faire en sorte que la végétation proche puisse accéder directement à ces réserves (figure 7). L'optimisation de cette idée consiste alors à stocker l'eau des précipitations d'hiver pour l'utiliser pendant l'été.


Figure 7 : Stocker l'eau des précipitations hivernales dans des réservoirs souterrains proches de la surface (par exemple sous les voiries) permet de constituer une réserve utilisable par la végétation l'été ; c'est en particulier un moyen efficace de lutter contre les ilots de chaleur urbains en mettant beaucoup plus d'eau à la disposition de la végétation.

Conception

Conception générale

Les principes de conception des bassins enterrés dépendent de trois éléments de base :

  • sur quel type de réseau (unitaire ou séparatif) est installé l'ouvrage ?
  • quelles sont les fonctions principales qui lui sont associées (limitation des pointes de débit, diminution du nombre de rejets par les déversoirs d'orage, piégeage d'une partie des polluants, etc.) ?
  • quel est l'espace disponible ?

Ces facteurs jouent un rôle sur les dimensions de l'ouvrage mais également sur la façon de le faire fonctionner. La plupart de ces éléments sont traités à l'article Bassin de retenue (HU). Les bassins enterrés présentent cependant quelques spécificités qui sont présentées ci-dessous.

En premier lieu, la conception géométrique des bassins enterrés est fortement contrainte par le site d'implantation : surface disponible, contexte hydrogéologique, environnement, choix d'aménagement urbain, etc. L'objectif est ainsi le plus souvent d'adapter au mieux l'ouvrage au site que d'atteindre des objectifs choisis a priori.

Dans les marges restant disponibles, les considérations suivantes peuvent être prises en compte en fonction du type d'ouvrage.

Cas des ouvrages en béton

Les ouvrages en béton peuvent être installés soit sur un réseau séparatif, soit sur un réseau unitaire, en prenant en compte les éléments suivants :

  • le choix d'une forme circulaire, auto-stable, en parois moulées, est intéressant d'un point de vue technico-économique (même jusqu'à des diamètres importants de plusieurs dizaines de mètres) ; elle permet de réaliser des ouvrages très profonds ; cette forme n'est cependant pas adaptée si l'on souhaite favoriser la décantation ;
  • le partage de l'ouvrage en plusieurs compartiments permet de limiter la surface salie fréquemment et facilite l'entretien (figure 8) ;
  • l'alimentation de l'ouvrage en parallèle plutôt qu'en série évite également une utilisation trop fréquente et permet de ne pas y faire transiter les flux de temps sec dans le cas des réseaux unitaires ; cette solution facilite également un fonctionnement "vanne fermée" favorable à la décantation (figure 9) ; l'alimentation en parallèle est donc particulièrement recommandée dans le cas d'un réseau unitaire (voir l'article Bassin de retenue (HU) pour en savoir plus sur les différentes solutions d'alimentation).


Figure 8 : Exemple de compartimentage : les différents compartiments sont alimentés successivement par des seuils au fur et à mesure du remplissage du compartiment voisin ; les sorties sont équipées de clapets anti-retours et des déflecteurs évitent les remises en suspension au moment de la vidange des eaux claires.


Figure 9 : L'alimentation en parallèle constitue le système le plus souple pour la gestion mais nécessite au moins trois dispositifs de contrôle ; dans le cas d'une implantation en série, un seul dispositif de contrôle peut suffire.

La profondeur des bassins enterrés en béton est conditionnée par la profondeur de la nappe. Même s'il est possible de les lester pour lutter contre la poussée d'Archimède, cette technique est onéreuse.

Cas des ouvrages utilisant des SAULs

Ce type d'ouvrage ne peut s'installer que sur des réseaux pluviaux ; leur profondeur est également généralement plus faible, même si certains composants de SAUL ont une excellente résistance à la compression. Ceci signifie que le volume stockable sur une surface donnée est plus réduit. En revanche ils sont beaucoup plus économiques et simples à installer.

Le fait que l'écoulement soit fractionné par la présence des éléments de SAUL, présente l'avantage de le ralentir, y compris au moment de la vidange du bassin ce qui améliore la décantation des particules fines et limite les risques de remise en suspension au moment de la vidange. En revanche, ceci implique un colmatage progressif de l'ouvrage qui peut être d'autant plus gênant que le curage est difficile.

Pour prévenir ce colmatage il est conseillé de mettre en place un prétraitement à l'entrée de l'ouvrage de façon à piéger les solides les plus grossiers et les plus décantables.

Une attention particulière doit être portée à la stabilité mécanique de l'ouvrage de façon à éviter les risques d'écrasement des SAULs (couverture suffisante, réglementation des usages en surface, etc.)

Principes de dimensionnement et choix des dimensions

Le choix des dimensions dépend essentiellement des objectifs poursuivis. Si la fonction de contrôle des inondations prime, les méthodes classiques présentées dans l'article "Méthodes de dimensionnement des ouvrages de stockage" s'appliquent, même si, comme indiqué plus haut, l'objectif est plus souvent de tirer le meilleur parti possible de l'espace disponible que de dimensionner l'ouvrage pour répondre à des objectifs prédéterminés.

Du fait que l'ouvrage est le plus souvent inséré au sein d'un réseau d’assainissement existant, l'utilisation de modèles de simulation détaillée est particulièrement recommandée, surtout si un tel modèle décrit déjà le réseau de la collectivité concernée. Des modèles de ce type permettent en effet d'étudier le fonctionnement de l'ouvrage pour un grand nombre de sollicitations pluvieuses différentes et dans un grand nombre de configurations opérationnelles et d'optimiser ainsi son fonctionnement

L'utilisation de modèles 3D de mécanique des fluides numériques (CFD) permet également d'optimiser la géométrie de l'ouvrage dans un objectif de favoriser, par exemple, la décantation des matière en suspension.

Réalisation / impacts négatifs potentiels et précautions à prendre

L'un des problèmes principaux associés aux bassins enterrés, outre leur coût, est la gêne occasionnée par les travaux. Les autres problèmes à bien prendre en compte concernent le risque de nuisances (mauvaises odeurs en cas d'entretien mal réalisé, risque de prolifération de moustiques en cas d'eaux stagnantes, etc.) et les difficultés associées à l'entretien de l'ouvrage et en particulier à son curage et son nettoyage : coût élevé associé à la spécificité du matériel nécessaire, gêne pour les riverains (gêne au trafic, bruit, odeurs ; voir figure 10), gestion des produits de curage, etc.


Figure 10 : La construction des bassins enterrés se fait le plus souvent en fouille ouverte ce qui occasionne une gêne importante pendant les travaux, en particulier dans les parties denses des villes ; Crédit photo : Adopta.

Vie de l’ouvrage

Pour les bassins enterrés, le problème principal est celui de la gestion des dépôts. Selon la stratégie générale retenue pour l'utilisation du bassin (principalement liée à la nature du réseau sur lequel il est installé), l'importance des dépôts résiduels à la fin de l'événement est très variable. Leur gestion passe par trois étapes successives :

  • leur curage, par voie hydraulique ou à sec ;
  • leur évacuation, par voie hydraulique ou autre, vers la station ou vers un autre site ;
  • leur conditionnement ou leur valorisation, tenant compte de leur charge polluante spécifique.

Pour le nettoyage, trois techniques sont utilisées :

L'utilisation de moyens mécanisés de curage ou de nettoyage est également possible mais des précautions doivent être prises pour éviter les risques d'accidents dus en particulier à des émanations de gaz explosifs (méthane), en particulier l'utilisation de matériel respectant la réglementation ATEX.. Il est également nécessaire d'éviter les risques de fermentation susceptibles de produire du sulfure d'hydrogène potentiellement toxique.

Différentes solutions existent pour limiter ces différents problèmes de production d'odeurs et/ou de gaz dangereux, en particulier :

  • aération efficace ou mise en surpression des zones exposées ;
  • réaménagements locaux évitant les dépôts de matières fermentescibles ;
  • interventions de nettoyage immédiatement après les épisodes pluvieux.

Bibliographie :

  • GRAIE (2014) : Fiche N° 7 "Garibaldi" ; Observatoire des opérations exemplaires de gestion des eaux pluviales ; GRAIE ; disponible sur www.graie.org
  • Seine St Denis (1992) : Les bassins nouvelle vague ; actes colloque Seine-Saint-Denis ; 1992.
  • STU et Agences de l'eau (1994) : Guide technique des bassins de retenue des eaux pluviales ; ed. Tec et Doc de Lavoisier ; Paris ; 275 p.
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