Présentation

La gestion des eaux pluviales urbaines est l'un des défis environnementaux les plus pressants auxquels font face les villes du monde entier. À mesure que les bassins versants sont de plus en plus couverts par des surfaces imperméables telles que les routes, les parcs de stationnement et les toits, l'infiltration naturelle des précipitations est fortement réduite. Au lieu de cela, les eaux pluviales s'écoulent rapidement, transportant avec elle une lourde charge de polluants et de mdaches, y compris les sédiments.

La compréhension de la sédimentation est essentielle parce qu'elle n'agit pas seule.Les particules de sédiments servent souvent de vecteurs pour d'autres contaminants, comme le phosphore, l'azote, les métaux lourds et les agents pathogènes.Le contrôle de la sédimentation constitue donc une étape fondamentale dans la protection de la qualité de l'eau urbaine et la construction de collectivités résilientes.

Qu'est-ce que la sédimentation?

Dans les systèmes urbains d'eaux pluviales, le terme désigne généralement l'accumulation de sol, de saleté, de sable, de limon, d'argile et de débris organiques qui sont érodés par les surfaces des terres pendant les précipitations. Le taux et l'ampleur de la sédimentation dépendent de plusieurs facteurs : l'utilisation des terres, le type de sol, la pente, l'intensité des précipitations et l'efficacité des contrôles de l'érosion.

Sources primaires de sédiments urbains

Contrairement aux zones rurales ou boisées, les paysages urbains ont de nombreuses surfaces perturbées et exposées qui sont très érodes. Les sources les plus importantes sont les suivantes :

  • Les sites de construction: Les sols, les stocks et les activités de terrassement à terre sont très rares et génèrent des charges sédimentaires énormes. L'EPA estime que les taux d'érosion des sites de construction peuvent être 10 à 20 fois plus élevés que les terres agricoles et 1 000 fois plus élevés que les zones boisées.
  • Les routes et les aires de stationnement non pavées : Les routes de gravier, les ruelles et les épaules non pavées contribuent à la formation de particules fines facilement lavées dans les égouts pluviaux.
  • Éroser les berges et les canaux : L'urbanisation augmente souvent la vitesse du flux des cours d'eau, ce qui provoque une érosion des berges et un élargissement des canaux, qui libère les sédiments stockés.
  • Terres et sols nus :[ Les chantiers résidentiels, les parcs et les terrains vacants sans couverture végétative sont susceptibles d'érosion par les feuilles et les ergots pendant les tempêtes.
  • Rejets et déversements d'illicit : Le sable, le gravier et d'autres matériaux provenant d'activités industrielles ou commerciales peuvent pénétrer directement dans les réseaux d'eaux pluviales.

Une fois mobilisé, le sédiment est transporté par le réseau des eaux pluviales et de la mdash; un complexe de gouttières, de bassins de capture, de tuyaux, de fossés et de canaux et de la mdash; jusqu'à ce qu'il s'installe dans des bassins de rétention, des bassins de retenue ou des plans d'eau naturels, ou soit rejeté directement dans les eaux réceptrices.

Impacts environnementaux de la sédimentation

Les conséquences environnementales de la sédimentation sont de grande portée et souvent interdépendantes. Les sédiments ne se limitent pas à l'eau des nuages; ils modifient l'intégrité physique, chimique et biologique des écosystèmes aquatiques.

Dégradation de la qualité de l'eau

Les sédiments en suspension augmentent la turbidité, réduisent la pénétration de la lumière et nuisent à la valeur esthétique et récréative des plans d'eau. Plus critiquement, les sédiments transportent souvent des polluants.Les nutriments comme le phosphore et l'azote sont attachés aux particules du sol; lorsqu'ils se déposent dans des lacs ou des réservoirs, ils alimentent l'eutrophisation et le mdash;la croissance excessive d'algues qui peuvent produire des proliférations d'algues nuisibles, épuiser l'oxygène et créer des zones mortes.Les métaux lourds comme le plomb, le zinc et le cuivre, du ruissellement urbain se lient aux fractions fines des sédiments, s'accumulent dans les sédiments et entrent dans la chaîne alimentaire.Pesticides, herbicides et hydrocarbures, aussi, accrochent-ils les particules des sédiments.

Dommages aux écosystèmes aquatiques

Les sédiments fins peuvent étouffer les lits de gravier qui sont des habitats de frai essentiels pour les salmonidés et d'autres poissons. Les oeufs et les larves de nombreuses espèces ont besoin d'espaces interstitiels propres et oxygénés; lorsque les sédiments remplissent ces pores, les taux de survie des oeufs chutent.Une turbidité excessive réduit la capacité des prédateurs visuels, comme la truite et le bar, à trouver de la nourriture, modifiant la dynamique trophique.La végétation aquatique submergée souffre de la lumière réduite, ce qui entraîne une diminution de la couverture végétale et de la complexité de l'habitat connexe.Une étude publiée dans la revue La biologie des eaux douces a constaté que même de faibles niveaux de sédiments déposés (moins de 2 mm de profondeur) ont réduit significativement l'abondance et la diversité des invertébrés des cours d'eau.

Contribution à l'effet de l'île de chaleur urbaine

Lorsque les sédiments s'accumulent dans les étangs, les zones humides et les canaux, ils assombrit la surface de l'eau et réduisent l'albédo. Les surfaces sombres absorbent plus de rayonnement solaire, ce qui augmente la température de l'eau. Les températures élevées de l'eau, à leur tour, diminuent les niveaux d'oxygène dissous et augmentent la toxicité de certains polluants.

Incidences sur la santé publique

Les eaux turbides peuvent contenir des agents pathogènes comme E. coli, Cryptosporidium et Giardia[, qui s'attachent aux particules de sédiments et survivent plus longtemps dans l'environnement.Lorsque ces eaux sont utilisées pour des loisirs ou comme sources d'eau potable, il y a un risque accru de maladies gastro-intestinales.Le ruissellement des sédiments exacerbe également les inondations, ce qui peut entraîner des débordements d'eaux usées et la contamination des zones résidentielles.

Impacts sur les infrastructures urbaines

Au-delà de l'environnement, la sédimentation fait des ravages sur les systèmes conçus pour gérer les eaux pluviales. Les effets cumulatifs sont coûteux et souvent invisibles jusqu'à ce que les systèmes échouent.

Conglage des systèmes de transport d'eau de tempête

Dans les cas extrêmes, un drain de tempête enrobé de sédiments peut causer des inondations localisées pendant des pluies même modérées. La ville de Los Angeles, par exemple, dépense des millions d'euros par année pour enlever les sédiments de son vaste réseau de bassins de captage et de bassins de débris. Le sédiment accélère également l'usure des stations de pompage, des vannes et du matériel de traitement, ce qui oblige à des réparations et à des remplacements plus fréquents.

Dommages aux bassins de détention et de rétention

Les mesures de lutte contre les eaux pluviales (MSC) comme les bassins de retenue, les bassins de rétention et les zones humides construites sont conçues pour capturer les ruissellements et permettre aux sédiments de s'installer. Au fil du temps, ces bassins se remplissent de sédiments, réduisant leur volume de stockage et diminuant leur efficacité d'élimination des polluants. Lorsqu'un bassin devient trop plein, il doit être dragué, un processus coûteux et perturbateur qui peut créer des problèmes d'élimination si les sédiments sont contaminés.

Érosion accélérée de la banque de Stream et du canal

Bien que la sédimentation se réfère généralement aux dépôts, le processus est étroitement lié à l'érosion.Les eaux pluviales urbaines, concentrées et rapides, causent souvent des érosions en aval des égouts et des berges.Cette érosion mobilise encore plus de sédiments, ce qui entraîne un cycle vicieux.L'instabilité du chenal sape les ponts, les ponceaux et les infrastructures adjacentes, crée des risques pour la sécurité et nécessite des projets de stabilisation coûteux.

Charges budgétaires d'entretien

Selon le American Society of Civil Engineers' Infrastructure Report Card, l'infrastructure des eaux pluviales aux États-Unis reçoit une note D, et l'entretien différé est une raison principale. Investir dans la gestion proactive des sédiments peut réduire les coûts à long terme en empêchant les défaillances du système et en prolongeant la durée de vie des actifs, mais il faut un financement dédié et la volonté politique.

Cadre réglementaire et normes

Le Programme national de délivrance de permis de rejet de polluants (SNEP) réglemente les rejets provenant des systèmes municipaux distincts d'égouts pluviaux (MS4s) et des chantiers de construction. Les permis du SNEP pour les activités de construction exigent des exploitants qu'ils élaborent et mettent en oeuvre des plans de prévention de la pollution des eaux pluviales (PSPEP) qui comprennent des mesures de lutte contre l'érosion et les sédiments.

En plus des règles fédérales, de nombreux États ont leurs propres normes de gestion des eaux pluviales et de contrôle de l'érosion. Par exemple, les California Regional Water Quality Control Boards délivrent des permis qui exigent que les chantiers de construction mettent en oeuvre des contrôles rigoureux des sédiments tels que des clôtures de limon, des bassins de sédiments et des entrées stabilisées de construction.

Stratégies pour atténuer la sédimentation

La gestion efficace des sédiments exige une approche multicouche qui combine contrôle des sources, gestion des moyens de transport et traitement. Aucune pratique ne suffit; l'intégration dans le bassin versant urbain est essentielle.

Contrôle de l'érosion et des sédiments sur les chantiers de construction

Les sites de construction sont la plus grande source de sédiments dans de nombreuses zones d'urbanisation.

  • Fermes d'envasement : Barrières en tissu géotextile placées le long des contours pour intercepter le flux de feuilles et filtrer les sédiments.
  • Bassins et pièges de sédiments :[ Imperméables temporaires qui permettent le dépôt de particules grossières et fines avant le rejet.
  • Entrées de construction stabilisées : Plaquettes de gravier ou supports de lavage pour empêcher les véhicules de suivre la boue sur les routes.
  • Couvertures et tapis antiérosion: Couvertures biodégradables ou synthétiques qui protègent les pentes nues contre l'impact de la goutte de pluie et le ruissellement.
  • Hydrosemencement et paillage :[ Mise en place rapide de végétation temporaire pour maintenir le sol en place.
  • Vérifier les barrages et la protection de sortie de roche:[ Structures qui réduisent la vitesse d'écoulement dans les canaux et empêchent les rainures.

Des programmes de formation et de certification pour les professionnels du contrôle de l'érosion, tels que Spécialiste en contrôle de l'érosion et des sédiments (CPESC) , contribuent à assurer une mise en oeuvre cohérente.

Les tampons végétatifs et les zones riveraines

L'établissement et la préservation de tampons végétaux le long des cours d'eau, des canaux de drainage et des étangs d'eaux pluviales constituent un moyen très efficace d'intercepter les sédiments. Les racines des graminées, des arbustes et des arbres stabilisent le sol, tandis que la végétation hors sol ralentit le ruissellement et piège les particules. La largeur du tampon nécessaire pour l'élimination efficace des sédiments dépend de la pente et du type de sol; les recherches suggèrent qu'une largeur minimale de 30 pieds peut réduire la charge de sédiments de 50 à 80 pour cent.

Infrastructure verte et développement à faible impact

Les pratiques d'infrastructure verte (IG) imitent l'hydrologie naturelle en favorisant l'infiltration, l'évapotranspiration et la réutilisation des eaux de pluie.

  • Jardins de raies et cellules de biorétention :[ Des dépressions peu profondes plantées de végétation indigène filtrent et infiltrent les eaux de ruissellement.
  • Palages perméables:[ Pavages poreux en asphalte, en béton ou en interverrouillage qui permettent à l'eau de s'infiltrer à travers la surface, réduisant ainsi le ruissellement et la production de sédiments à partir de zones pavées.
  • Topeurs verts: Systèmes de toits végétalisés qui maintiennent et libèrent lentement les précipitations, réduisant les débits de pointe et empêchant le lavage de poussières et de débris dans les gouttières.
  • La récolte d'eau:[ La capture de ruissellements provenant des toits pour l'irrigation ou d'autres utilisations non potables réduit le volume d'eau qui peut transporter des sédiments depuis le site.

L'EPA a publié des directives détaillées sur la mise en oeuvre de l'IG, y compris les ressources [ du Programme d'infrastructure verte [, qui mettent en évidence des études de cas et des critères de conception.

Entretien du bassin de pêche et du balai de rue

La balayage des rues élimine les saletés, les feuilles et les débris accumulés avant de pouvoir être emportés dans des drains pluviaux. Les balayeurs modernes à air régénératif et à vide permettent de capturer plus efficacement les particules fines que les balayeurs mécaniques plus anciens. La fréquence de balayage devrait être fondée sur l'utilisation des terres et l'automne saisonnier des feuilles; de nombreuses villes prévoient une balayage mensuel dans les zones résidentielles et hebdomadaire dans les corridors commerciaux.

Le nettoyage des bassins de capture est également important. Les sédiments remplissent généralement les bassins de capture d'un à cinq ans, selon la charge en sédiments et la conception des bassins.Les municipalités qui suivent les calendriers de nettoyage et les volumes de sédiments peuvent optimiser leurs budgets d'entretien et prévoir le rendement des systèmes.

Bassins et étangs de sédiments

Pour les bassins versants ou les zones à forte charge, les bassins sédimentaires et les bassins d'eaux pluviales construits spécialement pour le traitement primaire sont conçus pour réduire la vitesse du débit et permettre aux particules de se déposer par gravité. La conception appropriée comprend un bassin permanent (pour les bassins humides) ou un bassin sec avec un orifice à faible débit. Les baies avant végétales à l'entrée peuvent capturer les sédiments grossiers et simplifier le nettoyage.

Contrôle de l'érosion dans les canaux de circulation

Lorsque l'érosion des chenaux pose problème, les techniques de construction et de bioingénierie peuvent stabiliser les berges et réduire la production de sédiments.

  • Riprap et gabions: Couches de paniers de roche ou de fil qui armure contre les débits à grande vitesse.
  • Vin de roue et spires de virage: Structures d'entrée qui redirigent les flux loin des berges érodées.
  • Stabilisation des banques :[ Utiliser des bûcherons de saule, des grumes de coir et des plantations indigènes pour renforcer le sol et absorber l'énergie de flux.
  • Talification et revalorisation des rives :[ Pistes d'aplatissement pour réduire le potentiel d'érosion et améliorer l'accès à l'entretien.

Le Service de conservation des ressources naturelles de l'USDA (SNRC) offre des spécifications techniques pour ces pratiques dans son Manuel national d'ingénierie. Les partenariats entre les municipalités, les groupes de bassins versants et les consultants en environnement peuvent aider à établir des priorités pour les sites à forte érosion en vue de leur restauration.

Surveillance et gestion adaptative

Pour s'assurer que les mesures de contrôle des sédiments fonctionnent, les municipalités et les entités réglementées doivent surveiller les résultats.Les mesures clés comprennent les concentrations totales de solides en suspension dans les rejets d'eaux pluviales, les taux d'accumulation de sédiments dans les bassins et les inspections visuelles pour l'érosion.Les capteurs automatisés, tels que les compteurs de turbidité et les sondes continues de qualité de l'eau, peuvent fournir des données en temps réel pour l'alerte rapide.La gestion adaptative consiste à utiliser des données de surveillance pour ajuster les stratégies : si un chantier de construction donné génère des charges élevées de sédiments, la partie responsable peut devoir augmenter la fréquence des inspections de PGB ou des contrôles de mise à niveau.

Des programmes de certification et de vérification par des tiers, comme le système de notation durable de l'infrastructure d'Envision, encouragent les propriétaires de projets à suivre les impacts des sédiments et à démontrer leur conformité.

Conclusion

La sédimentation est un problème d'environnement et d'ingénierie multiforme qui exige une attention constante dans l'ensemble du paysage urbain. Des chantiers de construction aux parcs de stationnement imperméables, chaque mètre carré de sol exposé contribue au fardeau plus lourd de la charge de sédiments qui dégrade la qualité de l'eau, nuit à la vie aquatique, endommage l'infrastructure et impose des coûts économiques importants.

Les promoteurs et les constructeurs doivent adopter des pratiques de contrôle de l'érosion comme procédures opérationnelles normalisées plutôt qu'après réflexion. Les propriétaires de maisons ont aussi un rôle à jouer et un effet de mdash; en minimisant le sol nu, en utilisant du paillis et des couvertures de sol et en faisant rapport aux organismes locaux sur les problèmes de sédimentation. Lorsque tous les intervenants travaillent ensemble, l'environnement urbain peut devenir un endroit plus sain et plus résilient où les eaux pluviales sont gérées de façon durable, les sédiments sont contrôlés à leur source et la vitalité à long terme des ressources en eau est protégée pour les générations à venir.