Les systèmes de biorétention : des OGEP pour les milieux urbains

Publié le - Publié dans : Urbanisme et aménagement

En ville, la mise en place de biorétentions permet de réduire le volume d’eau de ruissellement dû à l’imperméabilisation des surfaces. Lorsque les biorétentions sont installées à grande échelle dans une ville, il est possible de diminuer considérablement les volumes d’eau acheminés dans les canalisations et ainsi diminuer les débits de pointe lors de forts évènements pluvieux. Ces ouvrages de gestion des eaux pluviales fondées sur la nature permet une gestion des eaux durable et résiliente.

Qu’est-ce qu’un système de biorétention ?


Une aire de biorétention avec trop-plein aménagée entre le trottoir et une route sinueuse en ville

Avec l’émergence de plusieurs types d’infrastructures vertes de gestions des eaux, il est parfois complexe de comprendre la différence entre les types d’infrastructures, ce qui est notamment le cas pour les biorétentions qui sont utilisées dans diverses infrastructures vertes comme les jardins de pluie ou les noues végétalisées.

Essentiellement, les aires de biorétention sont des dépressions comprenant des végétaux et un substrat qui permettent de filtrer les eaux de ruissellement pour de petites surfaces tributaires. Les biorétentions jouent le même rôle que les milieux naturels, c’est-à-dire qu’ils permettent l’infiltration et l’évaporation des précipitations.

Les biorétentions ont des pentes inférieures à 2% et n’ont pas pour fonction le transport des eaux pluviales et de ruissellement.

Conception des aires de biorétention

Ce qu’il faut retenir, c’est que les biorétentions doivent être conçues judicieusement pour répondre à un besoin précis et aux contraintes relatives à un site particulier.

Un expert ou une experte sera en mesure de déterminer les végétaux et le type de substrat adaptés au site en fonction:

  • Des caractéristiques des polluants présents
  • Du taux d’infiltration du sol
  • De l’entretien nécessaire
  • De la circulation routière.

La conception de la biorétention est aussi influencée par:

  • La profondeur de la nappe phréatique
  • L’espace disponible
  • Les potentiels conflits avec d’autres services.

La norme CSA W200:18 spécifie que la conception de la biorétention doit être faite par un ingénieur et un architecte paysagiste bien que d’autres experts puissent être impliqués.

Trop-plein d'une aire de biorétention entouré de galets et de végétaux

Une norme de conception des systèmes de biorétention

La norme CSA W200:18 sur la conception des systèmes de biorétention indique qu’une cellule de biorétention peut gérer une surface tributaire de 0,8 ha ou moins. Pour couvrir une plus grande surface, il est possible d’installer plusieurs cellules en chaîne comme c’est parfois le cas pour les noues végétalisées avec biorétentions installées en bordure de rue. De plus, la norme CSA W200:18 indique qu’il faut prévoir une zone représentant environ 10 à 20% de la superficie imperméable du bassin versant.

Composantes de prétraitement

Les aires de biorétention doivent assurer le traitement des polluants pouvant se retrouver dans l’eau de ruissellement, soit les matières en suspensions (MES), l’engrais, les métaux lourds, les sels de déglaçage, les microorganismes pathogènes et les hydrocarbures.

Lorsque la charge en polluants est trop forte, il est possible d’ajouter une composante de prétraitement en amont de l’entrée d’eau pour diminuer la charge en sédiments comme une bande filtrante. La composante de prétraitement doit être entretenue régulièrement puisqu’une présence trop importante de sédiments dans la cellule de biorétention peut entraîner le colmatage de la cellule.

Types de systèmes de biorétention


Schémas en coupe d'un aire de biorétention
Biorétention avec drain

On distingue généralement deux types de biorétentions, soit les systèmes avec infiltration complète et les systèmes avec drain.

Systèmes de biorétention avec infiltration complète

Le système de biorétention avec infiltration complète comprend obligatoirement :

  • Une zone de rétention en surface qui permet l’accumulation de l’eau dans la cellule avant qu’elle s’infiltre dans le sol. La taille de la zone de rétention en surface dépend des volumes d’eau à traiter. Une analyse hydrologique permet de déterminer le volume d’eau et le débit de conception.
  • Des végétaux choisis judicieusement pour assurer une diversité du réseau racinaire, une couverture végétale dense avec plusieurs strates végétales et une diversité des taxons et des formes biologiques.
  • Une couche de surface est composée de paillis, de pierres , de galets grossiers, de cailloux ou d’un mélange de semences à croissance rapide.
  • Un substrat composé de différents sols (sable, limon, argile et matière organique) qui permet l’infiltration de l’eau tout en évitant le colmatage du système qui survient lorsque trop de particules fines sont utilisées. La matière organique ne devrait pas excéder 5% du poids total du substrat ou 10% du volume total selon une étude de l’ASCE.
  • Une couche de filtre granulaire est mise en place sous le substrat.
  • Un réservoir de stockage est mis en place au fond de la cellule.
  • Un système de trop-plein qui permet d’évacuer l’excès d’eau vers le réseau d’égout. La cellule de biorétention doit permettre l’évacuation de l’eau en moins de 72h.

Les composantes facultatives du système de biorétention sont :

  • Le paillis qui permet de protéger le substrat contre l’érosion et de séquestrer les hydrocarbures.
  • Un drain posé au fond de la cellule pour répondre aux objectifs visés par le système ainsi que pour respecter des critères de conception relatifs au temps d’évacuation et à la qualité des eaux.
  • Une membrane imperméable qui permet d’éviter la contamination de la nappe phréatique lorsque c’est nécessaire ou lorsqu’un drain est mis en place.

Systèmes de biorétention avec drain


Une aire de biorétention avec trop-plein aménagée dans un stationnement

Selon le guide du Toronto and Region Conservation Authority (TRCA), les systèmes avec drain doivent être utilisés lorsque le taux d’infiltration est inférieur à 15 mm/h ou que l’eau de ruissellement présente un risque de contamination pour la nappe phréatique. Lorsque le taux d’infiltration est élevé, l’eau s’infiltre trop rapidement pour assurer un traitement adéquat avant qu’elle s’infiltre dans la nappe.

Les drains doivent être mis en place dans un lit de gravier d’une épaisseur minimale de 300 mm selon la norme CSA W200:18. Une membrane imperméable doit également être posée au fond de la cellule lorsqu’un drain est utilisé.

Avantages et inconvénients des systèmes de biorétention

Les principaux avantages des biorétentions sont de :

  • Réduire la vitesse d’évacuation des eaux de ruissellement vers le système de canalisation
  • Diminuer le débit de pointe lors de forts évènements pluvieux
  • Diminuer les volumes d’eau acheminés directement vers les milieux naturels. Selon le TRCA, une cellule de biorétention avec infiltration complète permet de réduire de 85% le volume d’eau acheminé vers les canalisations alors qu’un système avec un drain réduit de 45% ce volume
  • Recharger la nappe phréatique
  • Diminuer la charge de polluants dans les eaux de ruissellement
  • Avoir un bon rapport coût/bénéfice
  • Capter du CO2 par les végétaux
  • Contribuer à la réduction des îlots de chaleur
  • Contribuer au verdissement urbain.

Les principaux inconvénients des biorétentions sont de :

  • Risquer une contamination de la nappe phréatique
  • Nécessiter un entretien régulier
  • Nécessiter un espace suffisant
  • Devoir être adapté au climat froid, à la fonte de la neige et aux sels de voirie.

Consultez les spécialistes du drainage d’Avizo Experts-Conseils pour le développement de vos aires de biorétention en milieu urbain.

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Références