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Dispositif | Structures réservoirs

Structures réservoirs

© Bernard Boccara

Une structure réservoir (ou massif drainant) permet le stockage temporaire de l'eau entre les matériaux qui la compose. Elle est de faible profondeur et le corps de la structure est généralement composé de matériaux drainants type graves (granulats), argile expansée, laine de roche compactée, SAUL (Structures Alvéolaires Ultra Légères), etc. Une fois stockée, l'eau peut alors être infiltrée directement dans le sol et/ou envoyée vers un exutoire prédéfini.

L'indice de vide de la structure réservoir peut varier entre :

  • 30 et 40% pour de la grave 20/60 ;
  • 40 et 55% pour de l'argile expansée ;
  • 90 et 95% pour des Structures Alvéolaires Ultra Légères (SAUL).

Les matériaux drainants de la structure doivent être obligatoirement entourés d'un géotextile qui empêche les fines de pénétrer dans la structure ce qui assure une pérennité de l'ouvrage dans le temps.

Coupe massif drainant

Structures réservoirs infiltrantes : à gauche, parking poreux ; à droite, chaussée réservoir à injections d'eau latérales

Structures réservoirs infiltrantes : à gauche, parking poreux ; à droite, chaussée réservoir à injections d’eau latérales

© Architecture et Climat - LOCI - UCL

Quel est le principe de fonctionnement d'une structure réservoir ?

Les structures réservoirs ont deux fonctions. Elles assurent la circulation des usagers en surface et diminuent les débits de pointe du ruissellement en stockant  temporairement la pluie dans le corps de la structure. Par exemple, les chaussées à structure réservoir (souvent abrégées en chaussées réservoirs) assurent la circulation de divers véhicules tout en permettent une gestion des eaux pluviales.

Quels sont les avantages d'une structure réservoir ?

Les structures réservoirs présentent les avantages suivants :

  • emprise foncière très limitée car les structures réservoirs ont une double fonction de couche de fondation et de dispositif de stockage des eaux pluviales. La surface au sol reste disponible ce qui convient particulièrement en milieu urbain dense ;
  • dépollution efficace des matières en suspension grâce à la décantation des polluants;

En outre, lorsque les structures réservoirs sont infiltrantes, les avantages communs aux dispositifs d'infiltration sont aussi valables (rechargement des nappes phréatiques, pic de ruissellement écrêté, etc.).

Quels sont les types de structures réservoirs ?

Les structures réservoirs peuvent être différenciées selon différents critères :

  • le mode d'alimentation :

    • directe , si le revêtement de surface est perméable

      (enrobé drainant, béton poreux ou pavé poreux) ;

      Les précipitations qui tombent sur la surface de l'ouvrage (et éventuellement d'autres surfaces) sont directement infiltrées par un revêtement perméable et percolent vers la structure granulaire sous-jacente. C'est par exemple le cas des parkings poreux et des chaussées drainantes. Ce mode d'alimentation offre l'avantage d'éviter tout colmatage par des intrusions de flottants ou de corps volumineux dans l'ouvrage de gestion ;

      Principe de fonctionnement du système revêtement poreux / massif drainant

    • indirecte  par injection :

      Si le revêtement de surface est imperméable, les eaux sont collectées par un avaloir, elles subissent un traitement primaire (une décantation) puis ces eaux sont injectées dans la structure par l'intermédiaire de drains.  Ce mode d'alimentation nécessite donc l'installation avant le dispositif, d'un système de décantation ou de filtration des matières flottantes ou volumineuses qui risqueraient d'endommager ou colmater de manière précoce les drains.

      Il est ainsi conseillé de pourvoir les avaloirs de grilles et d'équiper la bouche d'injection de coudes inversés pour éviter tout colmatage par intrusion de matériaux.

      Schéma d’une bouche d’injection avec coude inversé

       

      Bouche d’injection  avec décantation avant massif drainant

  • le mode d'évacuation  :

    • infiltration  ;
    • drainant, si l'infiltration seule ne suffit pas ou n'est pas possible. Les eaux sont alors récoltées par un drain inférieur et évacuées par l'intermédiaire d'un régulateur de débit limité vers un exutoire d'eaux pluviales. Afin d'exploiter, de manière optimale, la capacité de stockage des eaux pluviales des structures drainantes, des regards avec cheminée de surverse peuvent être mis en œuvre à l'aval des structures drainantes. Ils permettent une montée en charge progressive de chacun des ouvrages jusqu'à la surverse dans la cheminée et une restitution à débit régulé par l'orifice de vidange ;
    • mixte (infiltration / drainant).

      Schéma d’un mode d’évacuation avec un regard

Présentation des différents types de structures réservoirs

Mode d'évacuation
TypesInfiltrationDrainant
Massif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l'infiltration des eaux de pluie n'ayant pas ruisseléesMassif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l’infiltration des eaux de pluie n’ayant pas ruisselées - InfiltrationMassif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l’infiltration des eaux de pluie n’ayant pas ruisselées - Drainant
Massif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l'infiltration des eaux de ruissellement des surfaces adjacentesMassif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l’infiltration des eaux de ruissellement des surfaces adjacentes - InfiltrationMassif en gravier infiltrant à surface poreuse permettant l’infiltration des eaux de ruissellement des surfaces adjacentes - Drainant
Massif en gravier infiltrant à surface imperméable. Les eaux de ruissellement des surfaces adjacentes sont récoltées et injectées par des avaloirs (bouches d'injection).Massif en gravier infiltrant à surface imperméable. Les eaux de ruissellement des surfaces adjacentes sont récoltées et injectées par des avaloirs (bouches d’injection). - InfiltrationMassif en gravier infiltrant à surface imperméable. Les eaux de ruissellement des surfaces adjacentes sont récoltées et injectées par des avaloirs (bouches d’injection). - Drainant
Massif en gravier infiltrant. Les eaux de ruissellement sont injectées dans le massif grâce à un drain de dispersion supérieur.Massif en gravier infiltrant. Les eaux de ruissellement sont injectées dans le massif grâce à un drain de dispersion supérieur. - InfiltrationMassif en gravier infiltrant. Les eaux de ruissellement sont injectées dans le massif grâce à un drain de dispersion supérieur. - Drainant

© Architecture et Climat - LOCI - UCL

Où installer une structure réservoir ?

Les structures réservoirs peuvent être installées sous les éléments suivants :

  • cours, terrasses ;
  • chemins de jardin ;
  • trottoirs, pistes cyclables ;
  • chaussées, voies carrossables ;
  • aires de stationnement, entrée de garage (entrée charretière) ;
  • etc.

En fait, on peut installer ce type de dispositif sous de nombreuses structures, voire d'autres ouvrages de gestion des eaux pluviales (espace vert,...), pour ainsi augmenter le volume de temporisation et également favoriser les capacités d'infiltration. Dans un projet, ceci peut permettre de compenser l'impossibilité éventuelle de ménager une superficie suffisante d'espace végétalisé. 

Il est également possible de prévoir une complémentarité entre une structure drainante et une noue paysagère.

Exemple de noue récupérant les eaux pluviales,  avec diffusion dans les structure drainante sous parking

Enfin, on parle de tranchée drainante lorsque la structure est plutôt linéaire. La tranchée fonctionne sur le même principe que la structure réservoir, elle permet de stocker les eaux de ruissellement issues des surfaces imperméables adjacentes ou permettre le drainage du sol. Les tranchées drainantes peuvent ainsi également être utilisées comme stockage des eaux issues d'un espaces contigus (trottoir, accotement, bermes, terrasses etc.), voire servir de complément de stockage pour d'autres ouvrages de gestion (noue ou autre) qui ont un volume insuffisant ou lorsque la perméabilité n'est pas suffisante. L'indice de vide d'une tranchée peut par conséquent être plus important (Voir Cheminements en Eau).

Comment concevoir une structure réservoir ?

Les revêtements à placer au-dessus des structures réservoirs dépendent en premier lieu de l'alimentation de l'ouvrage puisqu'on l'a vu, pour une alimentation indirecte (ex. par injection), le revêtement peut être imperméable alors que par contre pour une alimentation directe, le revêtement doit nécessairement être perméable.

Pour les revêtements perméables, il faudra veiller à ce que les joints soient remplis avec un empierrement concassé (granulométrie de quelques millimètres). Pour plus de détails sur les revêtements perméables, voir Dispositif | Revêtement perméable.

Ensuite, il faudra choisir le type de matériaux de surface selon l'usage que l'on veut faire et des contraintes de gestion éventuelles :

Composition du massifHauteur du massif Remarques
Sous voirie

Grave 20/60 =>entourée d'un géotextile ;

Argile expansée  => entourée d'un géotextile; mise en place d'une couche de portance. 

SAUL  => entouré d'un géotextile; mise en place d'une couche de portance. 

Moyenne de 60cm pour la grave 20/60.  Mise en place de cloisons siphoïdes pour la mise en charge de la structure et limiter le débit de rejet. Lors d'un zéro rejet d'eau pluviale (pas d'exutoire), il n'y a pas d'orifice de sortie dans la cloison. Pour un meilleur entretien la mise en place de regard de curage tous les 50 m est à prévoir.
Sous entrée de garage

Grave 20/60 =>entourée d'un géotextile

Argile expansée  => entourée d'un géotextile; mise en place d'une couche de portance. 

SAUL  => entourée d'un géotextile; mise en place d'une couche de portance  

Minimum de 60cm pour la grave 20/60.  Pour  une  meilleure  pérennité  de  l'ouvrage,  lors  de  la  mise  en  place  d'une  boite  d'injection  prévoir  une décantation pour éliminer au maximum les matières en suspension et d'un filtre à cassette. Prévoir une grille de surverse ou  caniveau à grille.
Sous espace vertType drainant. Pas de besoin de portance  Pas de profondeur minimale  Pour  une  meilleure  pérennité  de  l'ouvrage,  lors  de  la  mise  en  place  d'une  boite  d'injection  prévoir  une décantation pour éliminer au maximum les matières en suspension et un filtre à cassette. Prévoir un dispositif de surverse.

Points d'attention

  • Les massifs constitutifs des structures réservoirs doivent être conçus en prenant en compte les éléments suivants :

    • compromis entre l'indice de vide (capacité de stockage en eau) et la résistance à la compression (charge reprise par la couverture). Généralement on opte pour un indice de vide de 30% (grave,...) mais qui peut atteindre des taux plus élevés avec des éléments préfabriqués (en béton, laine de roche, modules alvéolaires,...) ;
    • La hauteur du matériau drainant pourra être ajustée en fonction de l'utilité de la structure sous laquelle il sera mis en place. Par exemple, sous une surface carrossable (voirie, entrée charretière, parkings, ...) une hauteur de 0,6 m minimum sera nécessaire pour assurer la portance de la structure. Dans le cas de la mise en place d'une structure drainante sous une surface non carrossable (piste cyclable, cours de récréation, espace vert, ...) la hauteur de matériau drainant pourra alors être inférieur à 0,6 m ;
    • utilisation de matériaux inertes ou exempts de matières susceptibles de polluer les eaux infiltrées (par exemple ne pas utiliser de recyclés de pneu) ;
    • Les structures réservoirs d'infiltration doivent être enveloppées dans un géotextile et la continuité du géotextile autour de la structure granulaire doit être assurée (conception « en chaussette ») ;
    • Les matériaux constitutifs devront être exempts de sables pour ne pas colmater l'ouvrage de manière anticipée ;
    • Il est important de noter que les matériaux de type argile expansée et SAUL sont à éviter pour l'utilisation en corps de chaussée car ils ne présentent pas une résistance suffisante à eux seul ;
  • fondation et sous-fondation doivent avoir un empierrement non lié (absence de liant hydraulique) ;
  • Des regards de curage intermédiaires devront être installés pour l'entretien des structures réservoirs ;
  • Il faut veiller à respecter une distance minimale :

    • par rapport aux arbres, équivalente au rayon de la couronne à taille adulte. Si un risque est suspecté utiliser des dispositifs anti-racine ;
    • par rapport aux caves sans étanchéité.
  • Lorsque la surface d'une voirie ou d'une place est importante, il est possible de réaliser des cloisonnements afin de mieux répartir les eaux pluviales dans l'ouvrage.

    Stockage sous voirie avec cloisonnement

Cas particulier des chaussées réservoirs

Un autre type / forme de structure réservoir peut être employé lorsqu'installé sous une chaussée :

Exemple de Chaussée réservoir

Points d'attention spécifiques aux chaussées réservoir

  • Le dimensionnement mécanique des chaussées réservoir pour résister aux charges roulantes l'emporte souvent sur le dimensionnement hydraulique
  • Tout le réseau doit pouvoir être visitable (inspection par caméra) et doit pouvoir être nettoyé par hydrocurage (entretien régulier pour limiter le colmatage),
  • Une mauvaise conception conduit à l'impossibilité d'effectuer un entretien approprié impliquant l'obligation de recourir à des interventions curatives très coûteuses et souvent destructrices

    Des précautions doivent être prises pour préserver la qualité des eaux souterraines, particulièrement en présence de trafic autoroutier dense. Pour ce faire, la profondeur de la nappe en période des plus hautes eaux (recharge) doit être soigneusement caractérisée.

Cas particulier des Structures Alvéolaires Ultra Légères (SAUL)

Les SAUL ont un fonctionnement similaire à celui des massifs drainants. Cependant, ces ouvrages sont composés de plusieurs modules de dimensions variables. Elles sont des produits en matériaux polymères (polypropylène PP, polychlorure de vinyle PVC, polyéthylène haute densité PEHD,...) et de forme généralement parallélépipédique. Ces modules, d'un indice de vide de 95 % forment une structure enterrée permettant le stockage et l'infiltration des eaux de ruissellement.

Structures Alvéolaires Ultra Légères

Ces ouvrages sont généralement employés sous voirie, mais peuvent également être réalisés dans des zones non-carrossables (espaces verts, cheminements piétons, etc.), pour autant que le fond soit plat.

Ses principaux avantages sont :

  • Un taux de vide important (souvent supérieur à 90 %) permettant de limiter les terrassements pour volume de stockage donné par rapport aux structures granulaires,
  • leur faible poids et leur forme (blocs manuportables) les rendant particulièrement adaptés à la réalisation d'ouvrages enterrés en site contraint ;
  • visitables pour certains modèles avec un curage possible.

Exemple de module

Comment prévoir l'entretien des structures réservoirs et ouvrages associés ?

Pour les ouvrages d'injection, 2 types de prestations sont nécessaires :

  • des visites régulières comprenant une observation attentive du dispositif, en particulier dans les mois qui suivent les premiers événements pluvieux significatifs

    Il convient de prévoir une chambre de visite tous les 75m, systématiquement à chaque bouche d'injection.

  • des opérations d'entretien nécessaires à la pérennité et au bon fonctionnement du dispositif.

Les opérations d'entretien courant des ouvrages d'injection comprennent :

  • l'enlèvement des flottants et éléments grossiers sur grilles avaloirs ;
  • vidange des bouches d'injection ;
  • pompage des dépôts dans les regards de décantation avant que ceux-ci n'atteignent la génératrice inférieure des drains de diffusions ;
  • curage des siphons, nettoyage des regards.

La fréquence de l'entretien dépend des évènements pluvieux et du site. Les ouvrages doivent être entretenus autant que nécessaire. Une intervention biannuelle est au minimum souhaitable. La fréquence indiquée est un minimum. Il paraît pertinent d'inclure une visite de contrôle de l'ensemble des ouvrages de la zone après un événement pluvieux important (pluie décennale).

De même que pour les ouvrages spécifiques d'injection, 2 types de prestation sont recommandées sur les drains : tout d'abord, une inspection caméra peut être envisagée et comparée avec celle ayant eu lieu lors de la réception du chantier. Ensuite un hydrocurage annuel des drains doit être réalisé.

Ouvrages associés

A ces ouvrages s'ajoutent des ouvrages associés appartenant à l'ingénierie « classique » (ouvrages de collecte, ouvrages de transit tels que les bouches avaloirs, les regards, les canalisations ...).

Le nettoyage de ces ouvrages doit être effectué aussi souvent que nécessaire. Il est notamment très important de :

  • inspecter les orifices d'arrivée et de sortie d'eau en fonction des tontes et des événements pluvieux importants ;
  • nettoyer si besoin en enlevant les amas de déchets flottants et en curant les sédiments ;
  • inspecter les boîtes de branchement et les regards tous les six mois ;
  • nettoyer si besoin en curant les fonds de décantation de ces ouvrages ;
  • contrôler les mauvais branchements.

Un curage trop fréquent des fonds de décantation devraient faire suspecter l'existence d'un dysfonctionnement en amont. Un diagnostic visant notamment à déceler des signes d'érosion est alors nécessaire.

Surveillance

Une surveillance visuelle permanente est conseillée pour en repérer les anomalies ou pollutions évidentes, telles que l'irisation caractéristique des hydrocarbures ou les rejets par temps secs dus aux mauvais branchements d'eaux usées. Cet aspect visuel apparaît d'autant plus important car il permet de sensibiliser les occupants du site, tout déversement indésirable vers le réseau étant détecté.

Aller plus loin

Dans le Guide

Autres dispositifs de stockage et d'infiltration :

Dispositif | Bassins secs ou en eau

Dispositifs d'infiltration uniquement :

  • Dispositif | Surfaces plantées perméables
  • Dispositif | Aires durcies perméables
  • Dispositif | Puits d'infiltration

Autres pages en lien avec la thématique de l'eau pluviale :

Dispositif | Techniques de dépollution

Dispositif | Arbres de pluie

Autres publications outils de Bruxelles Environnement
Bibliographie
  • Communauté urbaine de Bordeaux (2014), Les solutions compensatoires d'assainissement pluvial , LACUB, (téléchargeable/consultable sur : http://leau.bordeaux-metropole.fr/pdf/Guide-solutions-compensatoires.pdf )
  • Communauté d'Agglomération Hénin-Carvin, Intégrer la gestion des eaux pluviales dans les aménagements, Communauté d'Agglomération Hénin-Carvin, (téléchargeable/consultable sur : www.agglo-henincarvin.fr )
  • Centre de recherches routières (CRR) (2008), Revêtements drainants en pavés de béton , C. Van Rooten, Bruxelles (téléchargeable sur : http://www.stradusinfra.be/pdf/documentatie/ocw-dossier-5-revetements-drainants-en-paves-de-beton-fr.pdf)  
  • http://services-urbains.lillemetropole.fr/public/doc/eauxPluviales/08_Fiche_Technique_5.pdf
Sites Internet

mis à jour le 29/08/2019

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