Débit maximal par la méthode rationnelle

La clé de cette étape de conception est d’estimer réalistement et simplement le débit maximal d’eau de pluie qui doit entrer par le revêtement perméable. Comme expliqué dans la section des hypothèses, la méthode rationnelle a été employée. Ses fondements théoriques ainsi qu’une explication de principe se trouvent dans le manuel «Distribution et collecte des eaux» (Brière, 2012). Les grandes étapes de calcul sont : les aires de chaque type de surface ainsi que l’aire totale; le coefficient de ruissellement pondéré; l’intensité de la pluie de conception selon la période de récurrence; et enfin le débit de pointe généré par le sous-bassin versant.

Comme l’outil de calcul est principalement conçu pour des rues existantes, la variable mesurée pour la chaussée a été distance totale entre la ligne de centre et la bordure de trottoir (lrue).

Figure 3.8 : Définition des largeurs pour une demi-rue

La figure 3.8 montre toutes les largeurs pertinentes aux calculs géométriques qui suivent. Ensuite, le concepteur suppose une largeur initiale de revêtement perméable pour une voie de stationnement avec ou sans bande cyclable. Avec ce paramètre la variable lrc est définie par :

𝑙_𝑟𝑐 = 𝑙_𝑟𝑢𝑒− 𝑙_{𝑟𝑝 ( 3-7 )}

Figure 3.9 : Délimitation d’un sous-bassin versant pour un tronçon de demi-rue (en bleu) Dans le cadre de l’outil proposé, l’aire de drainage est définie par :

Le tableau 3.13 donne les plages de valeurs les plus communes pour un secteur urbain densément construit. Il faut noter que si une de ces largeurs varie le long d’un tronçon entre 2 puisards, une largeur moyenne est préalablement calculée. En effet, le bassin versant est vu comme une bande rectangulaire de largeurs constantes sur toute la longueur Lp comme montré à la figure 3.9.

Tableau 3.13 : Dimensions longitudinales et transversales par rapport à la rue

Nom du paramètre

Symbole Plage de valeurs

Justification /source

Distance entre les puisards

Lp 40 à 150

mètres

Observation selon la rue existante correspondante à la portion de rue drainée par le puisard aval.

Long. drainage vers trottoir

ldr 3 à 10

mètres

Min. de 3 m pour protéger les bâtiments (City of Los Angeles, 2016; MDDELCC, 2017) (voir l’hypothèse 3 du tableau 3.11 pour l’estimation du paramètre)

Largeur du trottoir

ltr 1,5 à 4

mètres

Selon la configuration de la rue

Largeur entre trottoir - bordure

ltb 0 à 4

mètres

Selon la configuration de la rue (0 si trottoir monolithe)

Largeur de bordure en béton

lbor 0,1 à 0,3

mètre

Selon la conception de la bordure

Largeur de revêtement perméable

lrp 2,25 à 3,5

mètres

Paramètre de conception correspondant à une voie de stationnement et optionnellement une bande cyclable

Demi-largeur de rue

lrue 4 à 6

mètres

Selon le type de rue

Par la suite, le coefficient de ruissellement (Cr) équivalent du bassin versant a été calculé par une moyenne pondérée sur les aires (équation ( 3-9 )).

𝐶𝑟_é𝑞𝑢 = ∑(𝐶𝑟𝑖 ⋅𝐴𝑖 )

𝐴_𝑡𝑜𝑡 ( 3-9 )

Où : Cri est le coefficient de ruissellement de surface i, Ai est l’aire de la surface i et Atot est l’aire totale du sous-bassin versant.

Les coefficients de ruissellement choisis pour chaque type de surface ont été retranscrits avec leurs sources respectives dans le tableau 3.14.

Tableau 3.14 : Coefficients de ruissellement

Nom de la surface Symbole Valeur Plage de

valeur

Justification /source

Terrain drainant vers trottoir,

Crdr 0,2 0,13 à 0,17 (ASCE et WPCF, 1969, p. 51) pour Terrain

gazonné plat à sol dense Trottoir de béton, Crtr 0,95 0,70 à 0,95 (ASCE et WPCF, 1969, p. 51)

Terrain entre trottoir - bordure,

Crtb 0,5 0,3 à 0,55 Toit vert de 100 mm (Carpenter &

Kaluvakolanu, 2009) et (MDDELCC, 2017) Revêtement

perméable,

Crrp 0,9 Pour toutes les pertes sauf l'infiltration

directe sous le revêtement Chaussée de demi-

rue,

Crrue 0,95 0,70 à 0,95 (ASCE et WPCF, 1969, p. 51) chaussée en

béton bitumineux

Dans le cas de la surface en revêtement perméable, le Cr est difficile à évaluer à partir de la littérature. En effet, cette donnée est souvent disponible dans le cas où l’on veut connaître la proportion de pluie ruisselée vers un système de drainage conventionnel après l’infiltration dans le revêtement perméable (Fassman & Blackbourn, 2010; Hou, Feng, Ding, Zhang, & Huo, 2008). Cependant, elle l’est rarement pour déterminer quelle proportion de l’eau tombée directement sur le revêtement va effectivement percoler jusqu’à la couche inférieure. La valeur proposée au tableau 3.14 est conservatrice, mais il faut se rappeler que le Cr pour une surface spécifiée varie en fonction de l’intensité et de la durée de la pluie. D’ailleurs, l’équation ( 3-10 ) permet d’évaluer l’intensité maximale de la pluie de conception (Imax) selon l’emplacement et les changements climatiques.

𝐼_𝑚𝑎𝑥 = (1 + 𝐹_𝑐𝑐)⋅𝐴_𝐼𝐷𝐹 ⋅( 𝑡𝑐 60 𝑚𝑖𝑛/ℎ)

𝐵𝐼𝐷𝐹

( 3-10 )

Où : FCC est la majoration pour les changements climatiques, AIDF est la constante de multiplication de la courbe IDF, tc est le temps de concentration en minutes et BIDF est l’exposant de la courbe IDF.

Pour le cas particulier de Montréal, le tableau 3.15 affiche les paramètres de cette équation. Tableau 3.15 : Paramètres pour l’intensité de la pluie

Symbole Valeur Source Justification

AIDF 13,57 (Environnement Canada, 2014) Courbe 1/2 ans pour l’aéroport P.E.T.8

BIDF -0.720 (Environnement Canada, 2014) Courbe 1/2 ans pour l’aéroport P.E.T.

FCC 18% (MDDELCC, 2017) Valeur suggérée par le manuel du ministère.

tc 5 min Voir hypothèse 1 du tableau 3.11 Minimum en bassin versant urbain

Grâce aux trois équations précédentes, tous les termes de l’équation du débit de la méthode rationnelle sont connus. Ainsi, dans la situation particulière du dimensionnement d’un revêtement perméable, l’équation ( 3-11 ) donne le débit maximum que le revêtement doit infiltré sans générer de ruissellement pour une pluie de conception choisie.

𝑄_{𝑖.𝑚𝑎𝑥} = 𝐶𝑟_𝑒𝑞𝑢⋅ 𝐼𝑚𝑎𝑥

1000 𝑚𝑚 𝑚⁄ ⋅𝐴𝑡𝑜𝑡 ( 3-11 )

Les unités deviennent consistantes par la conversion de l’intensité de pluie de mm/h en m/h. Ainsi, cette équation donne des m³/h dans cette forme particulière.