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Capacité d’infiltration (HU)

De Wikibardig

Traduction anglaise : Infiltration rate

Dernière mise à jour : 11/05/2022

Volume moyen susceptible de s'infiltrer dans un ouvrage ou sur une zone donnée par unité de surface et par unité de temps.

Nota : On parle parfois de taux d’infiltration par analogie avec le vocabulaire anglais. Il est préférable de réserver "taux d'infiltration" pour caractériser les pertes au ruissellement et d'utiliser "capacité d’infiltration" pour qualifier l’aptitude à l’infiltration d’un ouvrage d’infiltration.

Cet article est largement inspiré de la fiche du GRAIE : Quelle capacité d’infiltration retenir pour le dimensionnement des Techniques Alternatives.

Sommaire

Signification réelle de la capacité d'infiltration

Telle qu’elle est utilisée dans les calculs de dimensionnement, la capacité d’infiltration représente le volume moyen susceptible de s'infiltrer dans un ouvrage par unité de surface et par unité de temps. Même si ce paramètre a la dimension d’une vitesse, il est important de comprendre qu’il s’agit en réalité d’un débit par unité de surface, qui devrait donc s’exprimer en m3/s/m2, même si, dans la pratique, on simplifie souvent en m/s ou en mm/h (cette dernière unité est pratique pour comparer avec les intensités de pluie).

La capacité d’infiltration varie en fonction de nombreux paramètres : perméabilité intrinsèque du sol à différentes profondeurs, charge hydraulique, saturation du sol en eau, développement des plantes, etc. Elle n'est donc pas constante et varie selon les saisons, selon les conditions météorologiques qui ont précédé l'événement et pendant l'événement. En conséquence, la valeur à retenir, et donc les essais à effectuer, doivent impérativement tenir compte des conditions de fonctionnement de l’ouvrage : facteur de charge (rapport entre la surface d’apport et la surface d’infiltration), profondeur, présence de sol végétal, nature et importance des événements contre lesquels on souhaite se protéger, etc.

Nota : Les essais de perméabilité (voir § Quels sont les essais disponibles ? ) sont souvent réalisés après saturation préalable du sol en eau, ce qui revient sensiblement à assimiler la capacité d’infiltration à la conductivité hydraulique à saturation. Cette assimilation peut conduire à sous-estimer de façon importante la capacité d’infiltration réelle des ouvrages, en particulier pour les pluies faibles ou moyennes et les faibles valeurs de facteur de charge.

Importance de la capacité d'infiltration pour le dimensionnement des techniques alternatives

La plupart des techniques alternatives utilisent, au moins en partie, l’infiltration pour restituer l’eau de pluie au milieu naturel. La capacité d’infiltration des sols constitue alors le paramètre le plus important pour le dimensionnement correct des ouvrages. Comme ce paramètre est susceptible de varier beaucoup d’un point à un autre (parfois d'une puissance de 10), particulièrement en zone urbaine, des mesures locales sont indispensables.


Figure 1 : Ce tableau met en évidence l'extrême variabilité de la taille des grains et de la capacité d’infiltration selon le type de sol

Pour que la valeur retenue soit la plus représentative possible, 3 choix doivent être effectués : le type d’essai à mettre en œuvre, le nombre et la position des essais, l’interprétation des mesures. Ces choix doivent être faits en fonction des enjeux (importance du projet), de la connaissance a priori que l’on possède de l’ouvrage à construire (surface, position, profondeur) et du moment auquel les essais sont effectués (depuis l’étude préalable, pour étudier la faisabilité et potentialités du site, jusqu’au projet détaillé, pour affiner le dimensionnement des ouvrages). Dans les projets les plus complexes, une étude préalable du sol visant à établir son profil pédologique peut être nécessaire. Les paragraphes suivants donnent quelques informations sur la façon de faire ces choix.

Quels sont les essais disponibles ?

Il existe principalement 4 types d’essais, qui sont rapidement décrits ci-dessous.

Les essais de type Porchet

Ils font l’objet d’une norme applicable pour les installations d'assainissement non collectif (NF XP DTU 64.1 P1-1 / Circulaire du ministère de l’environnement N° 97-49 du 22 mai 1997 - Annexe III) et sont probablement les plus utilisés. Ils reposent sur la mesure du volume d’eau nécessaire pour maintenir, pendant 10 minutes, un niveau constant de 15 cm dans une cavité dont la profondeur est choisie en fonction de l’étude (généralement de 50 à 70 cm). La mesure se fait après saturation initiale du sol pendant au moins 4 heures. Le respect de ce délai est important car l’objectif est de mesurer la conductivité hydraulique à saturation, ce qui, comme indiqué plus haut conduit à sous-estimer la capacité réelle d'infiltration. Enfin, comme il s’agit d’une mesure ponctuelle, l’essai doit impérativement être répété à différents endroits en essayant de cibler au mieux la position de l'ouvrage.

Les essais à double anneau

Il s’agit d’une variante améliorée des essais de type Porchet qui vise à éliminer les pertes latérales et ainsi mesurer spécifiquement la conductivité hydraulique verticale. Ce type d'essai ne présente que peu d'intérêt dans le cas des techniques alternatives. L'amélioration théorique de la précision due à l'élimination des pertes latérales est en effet d'un ordre de grandeur plus faible que la variabilité de la mesure entre différents points même proches.

Les essais de type Matsuo

Ils consistent à creuser une cavité d’un volume déterminé, à la remplir et à mesurer la vitesse d’abaissement du niveau. Dans la version de base on utilise une fosse de grande taille dont les dimensions sont imposées (2,7 mètres * 4,7 mètres) ainsi que le protocole de mesure. Il existe des versions simplifiées utilisant des fosses de tailles diverses. Même s’ils ont un caractère peu scientifique, les essais de ce type ont l’avantage de s’approcher des conditions de fonctionnement des ouvrages d’infiltration et sont à privilégier, en particulier pour les ouvrages de surface peu profonds.

La dimension de la fosse peut être d'autant plus réduite (de même donc que le volume d'eau nécessaire) que les enjeux et les dimensions de l'ouvrage projeté sont faibles ; une version très simple, connue sous le nom "d'essai à la bêche", consiste à faire soi-même un trou de petite taille à la bêche sur son terrain et à mesurer le temps nécessaire pour infiltrer une hauteur d’eau d’une dizaine de cm. Cette dernière solution est suffisante pour de petits projets (maison individuelle par exemple), en particulier si on souhaite mettre en œuvre une solution en surface (noue, dépression, etc.).

Les essais en forage

Ces essais regroupent les essais Lefranc (qui ne nous intéressent pas ici car ils sont faits dans la zone saturée) et les essais Nasberg. Ils consistent à réaliser un forage à une profondeur donnée et soit à maintenir le niveau constant en mesurant le débit à injecter, soit à suivre la baisse du niveau. Ils présentent une bonne analogie avec le fonctionnement des puits d’infiltration, car l’infiltration se fait essentiellement au travers des parois verticales. Comme il s’agit d’une mesure très ponctuelle, l’essai doit être répété à différents endroits si l'emplacement de l'ouvrage n'est pas arrêté.

Combien faut-il faire d’essais et à quel endroit ?

Du fait de la grande variabilité de la capacité d’infiltration des sols, parfois à quelques dizaines de mètres de distance, ou encore aux différentes profondeurs, il est conseillé de faire plusieurs essais.

De façon pratique deux cas sont possibles :

  • Si on ne sait pas où sera situé l’ouvrage : le nombre d’essais est alors à choisir en fonction de la surface du terrain : 1 essai pour 1 000 à 2 000 m2 avec un minimum de 3 essais constitue un choix médian à pondérer en fonction de l'hétérogénéité du sol ; le nombre d’essais peut souvent être réduit avec un minimum de bon sens en privilégiant les zones où l’ouvrage sera implanté de la façon la plus probable (zones basses, zones éloignées des accès, etc.).
  • Si on sait où sera situé l’ouvrage : Le nombre d’essais est alors à faire en fonction de la surface de l’ouvrage ; 1 à 3 essais pour 1 000 m2, avec un minimum de 3 essais pour le projet, est généralement satisfaisant.

Dans tous les cas, il est important de réaliser les essais à une cote altimétrique située au plus près possible du fond de fouille des futurs ouvrages.

Quelle valeur retenir en fonction des mesures effectuées ?

Comme il est conseillé de réaliser différentes mesures, la première question consiste à savoir quelle valeur retenir lorsque les résultats sont différents (ce qui sera généralement le cas). Une pratique classique consiste à écarter les mesures extrêmes, en particulier la valeur maximum, et à faire la moyenne des valeurs restantes.

Cette pratique, utilisée comme coefficient sécurité, n’est pas nécessaire. En effet, dans la réalité, l’eau circule et s’infiltre là où la perméabilité est la plus grande. En toute logique c’est donc la valeur la plus grande qu’il faudrait retenir. Par précaution, nous conseillons cependant de retenir la moyenne de toutes les mesures.

La seconde question est celle du coefficient de sécurité lui-même. On est en effet souvent tenté de multiplier la valeur retenue par un coefficient inférieur à 1, en particulier pour tenir compte du risque de colmatage. Cette pratique n’est pas non plus nécessaire, d'une part parce que la plupart des essais mesurent la conductivité hydraulique à saturation qui est inférieure à la capacité d'infiltration réelle des sols et d'autre part parce que le colmatage ne constitue pas une fatalité :

  • En cas d’infiltration de surface, le développement des racines et la bioturbation (en particulier l’activité des vers), vont remanier en permanence le sol et préserver la capacité d’infiltration ; il est cependant nécessaire d’éviter le tassement du sol.
  • En cas d’infiltration dans un puits ou dans une tranchée, le fond de l’ouvrage va se colmater très vite mais les parois verticales ne subiront aucun colmatage sensible dans le temps. Pour tenir compte du colmatage, il suffit donc de ne pas prendre en compte le fond de l’ouvrage dans le calcul des surfaces d'infiltration utiles.
  • En cas d’infiltration profonde, sous un massif ou une chaussée à structure réservoir par exemple, l’ouvrage va jouer un rôle de filtre (qui va parfois se traduire par un colmatage de surface), mais le fond de l’ouvrage sera protégé et ne se colmatera pas.

À noter qu'un coefficient de 0,5, souvent rencontré dans la pratique, nécessite de doubler le dimensionnement des surfaces d'infiltration pour un temps de vidange donné.


Pour en savoir plus : Fiche du GRAIE : Quelle capacité d’infiltration retenir pour le dimensionnement des Techniques Alternatives

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