Performance des PGO en conditions estivales

Cette section présente les performances qualitatives et quantitatives des biorétentions et des bassins à niveau permanent en période estivale selon la littérature et selon le GGEP. Les études présentées ont été réalisées soit sur le terrain ou en laboratoire. Toutefois, les concentrations en polluants d’affluents réelles ou simulées correspondent à des valeurs typiques pour de l’eau de ruissellement urbain.

1.6.1 Performances qualitatives

Les performances qualitatives s’évaluent en comparant les concentrations en polluants présents dans les eaux de ruissellement et celles des eaux à l’effluent d’une ou plusieurs PGO. Les principaux contaminants retrouvés dans les eaux pluviales sont les MES, l’azote total, le phosphore total, la DCO, la DBO5, les métaux lourds tels le cuivre, le zinc et le plomb et finalement, les hydrocarbures pétroliers. Plus les concentrations à l’effluent d’une PGO sont faibles par rapport à celles de l’affluent, meilleure est la performance.

1.6.1.1 Biorétention

Plusieurs études se sont penchées sur la performance épuratoire des biorétentions en conditions estivales. Notamment, Davis et Li (2014) ont observé un enlèvement moyen de MES de 96% par une cellule de biorétention. L’enlèvement de phosphore total observé par l’équipe de chercheurs de Davis et al. (2006) sur deux sites d’études munis de biorétentions est de 65%±8% et de 87%±2%, respectivement, avec des concentrations à l’effluent tout juste supérieures à 0,1mg/L. Quant à l’azote total, les valeurs d’enlèvement sont de 49%±6% et de 59%±6% pour les deux sites, respectivement. Selon Young et Seters (2009), les biorétentions permettent d’enlever 90% du zinc et du fer, de même que de 31% à 99% des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Une autre étude effectuée en Australie a obtenu des taux d’enlèvement pour les MES de 98%±3%, de 95%±5%

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pour le cuivre, de 99%±3% pour le plomb et de 98%±3% pour le zinc (Hatt et al., 2007). Ballestero et al. (2007) ont obtenu des taux d’enlèvement semblables pour les biorétentions, soit de 97% pour les MES et de 99% du zinc. Selon Clary et al. (2017), la performance médiane des biorétentions pour l’enlèvement des MES se situe à 75% et cette valeur est de 38% pour le cuivre, de 90% pour le plomb et de 76% pour le zinc. Une étude réalisée par l’Université de Virginie a démontré des taux d’enlèvement par une biorétention de 86% des MES, 97% de la DCO et 90% du phosphore total (Yu et al., 1999). Khan et al. (2012b) sont dans les rares à avoir étudié la performance des biorétentions pour l’enlèvement de la DBO5 et ont obtenu 8% d’enlèvement.

Des études réalisées par Brown et Hunt entre 2008 et 2012 sur des biorétentions ayant différentes caractéristiques ont montré une diminution des concentrations en MES dans une gamme variant de 58% à 92%, en azote total de 12% à 80% et en phosphore total de -10% à 72%. Le signe négatif indique qu’en plus du phosphore présent dans l’eau et qui n’a pas été capté par la biorétention, du phosphore probablement déjà présent dans le média a été relâché. La biorétention ayant obtenu les meilleurs résultats a un média composé de 98% de sable et de 2% de fines particules ainsi qu’une profondeur de 90 cm. Elle possède également un réservoir interne de stockage des eaux afin de faciliter la dénitrification et de réduire les volumes d’eau à l’effluent (Brown etHunt, 2011; Brown etHunt, 2008, 2012). DeBusk et Wynn (2011) ont obtenu 99% de diminution des concentrations pour les MES, l’azote total et le phosphore total, probablement grâce au média profond de 180 cm et d’un grand réservoir interne. Les résultats de Hunt et al. (2008) sont inférieurs, avec des réductions de concentration en MES de 60%, de 32% pour l’azote total, de 31% pour le phosphore total, de 60% pour le zinc, de 77% pour le cuivre et de 32% pour le plomb.

Li et al. (2009) ont étudié l’impact de la composition du média de deux biorétentions sur les taux d’enlèvement de certains polluants. La première est profonde de 50 à 80 cm et est faite à 80% de sable limoneux, de 20% de fines particules et la proportion de matière organique est de 6%. La deuxième

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biorétention est profonde de 90 cm et est composée à 54% sable argileux et limoneux, de 46% de fines et la teneur en matière organique est de 12%. La deuxième biorétention a obtenu les meilleurs résultats avec des taux d’enlèvement pour les MES, l’azote total, le phosphore total, le zinc, le cuivre et le plomb variant entre 97 et 100%. La première biorétention a, quant à elle, obtenu des taux semblables pour les MES (96%) et le zinc (92%), mais un relargage d’azote total (- 3%) et de phosphore total (-36%) a été observé. Le cuivre a été enlevé à 65% et le plomb à 83%.

Tremante (2005) a dédié ses études de maîtrise à l’effet de la teneur en matière organique dans le média filtrant de biorétentions sur l’enlèvement des hydrocarbures pétroliers et pour tous les mélanges de terreau, la concentration a été réduite d’au moins 94%.

1.6.1.2 Bassin à niveau permanent

Les bassins à niveau permanent sont également un type de PGO dont plusieurs scientifiques ont tenté de quantifier la performance épuratoire. Selon les données recueillies de diverses études par Tondera et al. (2018), les neuf bassins à niveau permanent étudiés ont fait diminuer la concentration en MES de 77% en moyenne. Toutefois, la sédimentation étant le processus d’enlèvement principal des polluants, les particules plus fines ont tendance à rester plus longtemps en suspension et se rendent jusqu’à l’exutoire, affectant ainsi le cours d’eau récepteur. Ballestero et al. (2007) ont quant à eux obtenu un taux d’enlèvement moyen de MES de 81% et de zinc de 92%. Clary et al. (2017) ont obtenu un taux d’enlèvement médian de MES de 69%, de 51% pour le cuivre, de 60% pour le fer, de 68% pour le plomb et de 57% pour le zinc.

L’association du bassin versant de la rivière Charles au Massachusetts soutient quant à elle que les bassins de rétention à niveau permanent permettent d’enlever de 55 à 90% des MES, de 10 à 75% du phosphore, de 10 à 50% de l’azote, de 40 à 70% du zinc et de 45 à 75% du cuivre (Charles River Watershed Association, 2008). La performance de trois bassins construits à échelle réduite en Ouganda a

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été étudiée par Kabenge et al. (2018). Des taux d’enlèvement de MES de 76%, de DCO de 76%, d’azote total de 73% et de phosphore total de 63% ont été obtenus. 1.6.2 Performances hydrauliques

Un des avantages à implanter des PGO sur un site est que le temps de concentration peut être grandement augmenté. Avant de se rendre à l’exutoire d’un système, l’eau doit percoler au travers d’un média filtrant ou bien traverser un bassin plutôt que de ruisseler rapidement sur une surface imperméable vers un puisard. Ainsi, les PGO jouent un rôle tampon dans un réseau d’égout pluvial, en retardant l’arrivée des eaux pluviales d’un lot à l’égout ou au milieu récepteur. La performance se mesure en quantifiant la proportion du volume ruisselé qui ne se rend pas à l’effluent. Cela peut être dû à l’infiltration dans le sol naturel, à l’évapotranspiration ou bien à l’évaporation.

Il est aussi possible d’utiliser le décalage dans le temps du débit de pointe par rapport au pic d’intensité de précipitations. Le débit de pointe peut également être diminué étant donné qu’au lieu d’être rejeté rapidement, le volume d’eau traversant une PGO s’écoule pendant une plus longue période de temps. Ainsi, plus le volume d’eau envoyé à l’égout est petit et que le débit de pointe est diminué et décalé dans le temps, meilleure est la performance hydraulique de la PGO. Les études mentionnées dans les pages suivantes ont été réalisées dans des conditions similaires (climat, type de ruissellement, aménagement, etc.) lorsque les sites ne sont pas décrits en détail.

1.6.2.1 Biorétention

Ballestero et al. (2007) ont trouvé que le débit de pointe maximal des événements pluvieux peut être réduit de 85% par les biorétentions. Deux études effectuées en Caroline du Nord et une réalisée au Maryland ont conclu que les volumes de ruissellement ont été réduits entre 20 et 60% par les biorétentions possédant un drain mais qui n’empêchent pas l’exfiltration (Credit Valley Conservation, 2011). Geosyntec consultants inc. (2011) se sont basés sur une multitude d’études pour établir que le volume d’eau de ruissellement se rendant à l’effluent des biorétentions est réduit en moyenne de 56%. Des taux de réduction de volume de

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ruissellement entre 50 et 100% ont été obtenus par Brown et Hunt (Brown etHunt, 2011; Brown etHunt, 2008, 2012). Les biorétentions étudiées par Brown et Hunt (2012) ont permis de réduire entre 84 et 95% les débits de pointe. Davis (2008) a obtenu une réduction de débit de pointe entre 44 et 63% et, une réduction du volume de ruissellement entre 52 et 65%. Les biorétentions sur lesquelles DeBusk et Wynn (2011) se sont penchés ont offert de bonnes performances en réduisant les débits de pointe de 99% et les volumes de ruissellement de 97%. Barber et al. (2003) ont obtenu des décalages de pointe variant entre 15 et 60 minutes. Khan et al. (2012a) ont étudié la performance hydraulique des biorétentions dans le cadre de leur expérimentation. Elles ont permis de réduire les débits de pointe de 96% et, de décaler les débits maximaux de 35 minutes en moyenne en climat chaud. Les biorétentions étudiées par Muthanna et al. (2008) en Norvège offrent une diminution du débit de pointe de 42% et décalent les débits de pointe de 69 minutes en été.

1.6.2.2 Bassin à niveau permanent

Ballestero et al. (2007) ont avancé que les bassins à niveau permanent permettent de réduire le débit de pointe maximal de 85%. L’association de bassin versant de la rivière Charles abonde dans le même sens, en mentionnant que les débits de pointe sont réduits de 80% (Charles River Watershed Association, 2008).

1.6.3 Performances qualitatives et hydrauliques par différentes PGO selon le GGEP

Afin de comparer les résultats obtenus lors de cette étude de terrain, les valeurs d’enlèvement tirées du GGEP (MDDEFP, 2014) des MES, du phosphore total, de l’azote total, du cuivre total, du zinc total et du plomb total sont présentées. Le pourcentage de réduction de volumes de ruissellement se trouve également dans le Tableau 5. Ces valeurs servent de référence.

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Tableau 5: Pourcentages d'enlèvement des contaminants et réduction de volumes de ruissellement des PGO à l’étude (MDDEFP, 2014)

PGO

Paramètres

MES Ptotal Ntotal Cutotal Zntotal Pbtotal

Réduction volumes de ruissellement Biorétention 80% 40% 28% 75% 80% 70% 40 à 80% Bassin à retenue permanente 80% 52% 24% 57% 64% 60% 0% Bassin sec2 _{80% 34% 34% 50% 70% 70% 40 à 60%} Tranchée drainante 89% 65% N/D 86% 66% N/D 50 à 90%

Ces valeurs sont, pour la plupart, dans les mêmes ordres de grandeur que ce qui se trouve dans la littérature.