Crit` ere hydraulique

Les crit`eres hydrauliques concernent le volume de r´etention, la vitesse d’infiltration dans l’ouvrage, la r´eduction des pics de d´ebits et la r´eduction du volume ´evacu´e. Mais la perfor- mance ultime que l’on souhaite atteindre est de limiter les d´ebordements pour des pluies d’une r´ecurrence de conception donn´ees et ainsi prot´eger contre les inondations ou ´eviter les d´ebordements en station d’´epuration.

Vitesse d’infiltration

La vitesse d’infiltration peut ˆetre un bon crit`ere de suivi de la performance d’un ouvrage et peut permettre de d´etecter s’il y a du colmatage. Moura (2008)propose ainsi l’indicateur suivant :

ISHY D2= max

i Ksi (m/s) (2.2)

Avec Ksi la conductivit´e hydraulique `a saturation de l’ouvrage i. Moura (2008) propose ´

grande taille. L’avantage de la vitesse d’infiltration est qu’elle est facilement mesurable grˆace `

a un infiltrom`etre `a anneau. Fr´equence de d´ebordement

La fr´equence de d´ebordement est sp´ecifiquement trait´ee par Moura (2008) :

ISHY D1= Fdeb/Fdim (2.3)

Avec :

– Fdeb : fr´equence de d´ebordement de l’ouvrage en an−1, et – Fdim : fr´equence de d´ebordement de conception en an−1.

Cet indicateur est assez simple `a calculer dans la mesure o`u un suivi du niveau d’eau `a la sortie a ´et´e men´e. Moura (2008) indique qu’il est n´ecessaire de v´erifier la p´eriode de retour des ´ev`enements pluvieux ayant provoquer le d´ebordement.

Volume de r´etention

Davis et al. (2012) d´efinissent le volume de r´etention comme ´etant le crit`ere de conception le plus important concernant la performance hydraulique d’un jardin de pluie. L’application de ce crit`ere peut ˆetre facilement ´elargi `a n’importe quelle PGO. Le volume de r´etention que Davis et al. (2012) appellent le « Bioretention Abstraction Volume » est d´efini comme ´etant le volume de ruissellement qui est captur´e sans qu’il y ait d’´ecoulement par surverse ou par un drain perfor´e. Ce volume varie selon le design de la PGO, mais aussi pour un syst`eme donn´e, ce volume de r´etention varie en fonction de l’humidit´e du substrat, du volume total de ruissellement et de l’intensit´e de la pluie. L’inconv´enient de cette m´ethode est de ne pas pouvoir comparer les PGO lorsqu’elles n’ont pas la mˆeme dimension. En revanche, c’est une m´ethode int´eressante pour ´evaluer si le volume de r´etention pr´evu `a la conception est semblable au volume de r´etention r´eel. Davis et al. (2012) proposent une valeur th´eorique du volume de r´etention en se basant sur les caract´eristiques de la cellule de bio-r´etention 2.4.

AveBAV = RZM S × (θsat− θW P) + LM S × (θsat− θF C) (2.4) Avec :

– AveBAV : volume de r´_{etention moyen, « average BAV » (m}3_),

– RZM S : volume de stockage du substrat dans la zone de d´eveloppement des racines (m3),

– θW P : teneur en eau volumique du substrat en-dessous de laquelle la plante est en stress hydrique conduisant `a son fl´_{etrissement (%). WP est pour « wilting point », le point} de fl´etrissement, et

– θF C : teneur en eau volumique du substrat restante apr`es que le substrat satur´e ait ´

et´e drain´e librement par gravit´_{e (%). FC est pour « field capacity », la capacit´e de} r´etention du terrain.

R´eduction du volume de ruissellement

La r´eduction du volume de ruissellement ∆V (%) par ´ev`enement est un crit`ere facile- ment calculable et compr´ehensible qui est largement utilis´e dans la communaut´e scientifique (´equation 2.5 d’apr`es Khan et al. (2012a)).

∆V =  1 − Vout Vin  × 100% (2.5) Avec :

– Vin : volume de ruissellement entrant dans la PGO pendant un ´ev`enement (m3), et – Vin : volume sortant de la PGO pendant un ´ev`enement (m3).

R´eduction du d´ebit

La r´eduction du d´ebit d´epend si la PGO est munie d’un r´eservoir de d´etention qui permet de faire un laminage de crue, de plus la pr´esence d’un substrat filtrant, l’´ecoulement en nappe ou la pr´esence d’obstacle ralentissent l’´ecoulement et permettent ainsi de r´eduire le d´ebit. Mais la r´eduction du d´ebit n’est possible que s’il n’y a pas d´ebordement, en effet s’il y a d´ebordement alors la r´eduction du d´ebit par le milieu filtrant a un effet limit´e. Le calcul de la r´eduction du d´ebit de pointe ∆Q (%) peut ˆetre utilis´e comme indicateur de performance (´equation 2.6 d’apr`es Khan et al. (2012a)).

∆Q =  1 − Qout Qin  × 100% (2.6) Avec :

– Qin : d´ebit maximal de ruissellement entrant dans la PGO pendant un ´ev`enement (m3/s), et

– Qout : d´ebit maximal de sortant de la PGO pendant un ´ev`enement (m3/s).

Comme le mentionne Khan et al. (2012a), il est int´eressant de prendre le d´ebit correspondant au centre de masse de l’´ev`enement de pluie. Cela permet d’att´enuer les effets d’une pluie ayant plusieurs pics d’intensit´e.

Temps de r´etention hydraulique

Dietz (2005) calcule le temps de r´etention hydraulique en divisant la somme des volumes entrants par le volume sortant d’un jardin de pluie pour chaque semaine. Ce temps de r´eten- tion hydraulique s’exprime en semaine, il est repris dans la th`ese de Muthanna (2007). Temps de concentration

Le temps de concentration est la dur´ee mise par une goutte d’eau la plus ´eloign´ee pour atteindre l’exutoire d’un bassin versant. Dans le cas d’une pluie d’intensit´e constante, le temps de concentration est la dur´ee entre le d´ebut du ruissellement et l’instant o`u le d´ebit de ruissellement maximal est atteint. Le probl`eme de cette d´efinition est que la pluie n’est jamais d’intensit´e constante. C’est pourquoi Dietz (2005) d´efinit un temps de latence hydraulique « hydraulic lag time » comme ´etant la dur´ee entre le d´ebut de la pluie et l’instant o`u le d´ebit maximal sortant de la PGO est atteint. Avec cette d´efinition, le temps de latence hydraulique varie pour un mˆeme bassin versant en fonction de la forme de la pluie, donc il est convenu de prendre la moyenne de ce temps de latence sur l’ensemble des ´ev`enements de pluie pendant la dur´ee de l’´etude. Cependant, si on analyse uniquement ce temps de latence hydraulique sans prendre en compte le moment o`u la pluie a commenc´e cela peut mener `a de mauvaises interpr´etations. En effet, pour un volume total de pr´ecipitation identique, le pic d’intensit´e d’une pluie peut arriver d`es le d´ebut de la pluie ou au contraire `a la fin de la pluie. Or, entre ces deux cas extrˆemes, la teneur en eau du sol est plus ´elev´ee dans le cas o`u le pic arrive `a la fin de la pluie ce qui conduit `a un temps de latence plus grand. C’est pourquoi Khan et al. (2012a) d´efinit un facteur de d´elai F D normalis´e (´equation 2.7).

F D = tout− tin tin

(2.7) Avec :

– tin : dur´ee entre le d´ebut de la pluie et le moment o`u le d´ebit maximal entrant dans la PGO est atteint (s), et

– tout : dur´ee entre le d´ebut de la pluie et le moment o`u le d´ebit maximal sortant dans la PGO est atteint (s).

Comme dans le cas de la r´eduction du d´ebit, Khan et al. (2012a) propose de remplacer dans la d´efinition de tin et tout le d´ebit maximal par le d´ebit du centre de masse.