Récapitulatif : impact de l’urbanisation à l’échelle locale et mesures d’atténuation

Nous constatons que plusieurs études pointent du doigt les modifications causées par l’urba-nisation sur la plupart (si ce n’est la totalité) des processus hydrologiques (Tableau 1.1). La modification du climat local contribue à une augmentation des précipitations. Ce changement climatique local s’accompagne d’une augmentation des températures, ce qui accroît la de-mande atmosphérique en eau. Ainsi, selon l’humidité du sol et la densité de la canopée végétale, l’évapotranspiration réelle peut augmenter (du fait de l’augmentation de la température et de l’irrigation du couvert végétal, ou par l’évaporation des eaux interceptées) ou diminuer (à cause de la réduction du couvert végétal). En arrivant sur les surfaces urbaines qui sont caractérisées par des taux d’imperméabilité importants, le ruissellement augmente et l’infiltration diminue.

Les sols urbains favorisent le ruissellement par rapport aux sols naturels à cause de leur compaction. La diminution de la rugosité des surfaces urbaines, ainsi que le transfert rapide viales réseaux d’assainissement, accélèrent l’évacuation des eaux ruisselées. L’échange avec la nappe est impacté localement par les aménagements. Le niveau de la nappe est soit augmenté par la diminution de l’évapotranspiration ou par les fuites d’eau dans les canalisations, soit diminué par le drainage des conduites d’assainissement ou par le pompage.

Toutefois, il faut noter que si pour certains processus les conclusions sont plutôt convergentes, une grande variabilité caractérise l’ampleur des modifications induites par l’urbanisation, comme pour le taux d’augmentation des précipitations ou pour le taux de ruissellement sur les toitures et les chaussées. Concernant d’autres processus comme l’évapotranspiration ou la recharge souterraine, les conclusions sont plutôt contradictoires, ce qui est dû en partie à la nature double de l’impact de l’urbanisation causant des modifications dans les deux sens.

L’impact de l’urbanisation à l’échelle locale est difficilement généralisable car il dépend aussi des mesures compensatoires qui peuvent être déployées pour gérer l’eau ruisselante à la source.

Désignées par « techniques alternatives » (Ahiablame, Engel et Chaubey,2012; Eckart, McPhee et Bolisetti,2017; Fletcheret al.,2015; Hamel, Daly et Fletcher,2013), ces mesures ont pour objectifs(i)d’améliorer la qualité des eaux drainées, et(ii)de neutraliser, hydrologiquement, la présence de surfaces imperméables drainées par un réseau d’assainissement. Ainsi, l’utilisation des techniques alternatives ambitionne « un retour des eaux ruisselantes au cycle hydrologique naturel » (Eckart, McPhee et Bolisetti,2017). Ces techniques peuvent être classées en deux groupes (Fletcheret al.,2015) :

• Techniques basées sur l’infiltration, qui permettent de restaurer l’infiltration au milieu urbain et d’augmenter la recharge souterraine. Ces techniques peuvent inclure les noues, les bassins de rétention, les chaussées poreuses et les tranchées filtrantes.

• Techniques basées sur la rétention, qui contribuent à retenir les volumes d’eau ruisse-lante pour atténuer le pic de débit et réduire le ruissellement en favorisant l’évapotrans-piration. Parmi ces techniques, on peut citer les toitures végétalisées, les réservoirs d’eau de pluie et les bassins de rétention.

Ces techniques sont utilisées comme solutions alternatives permettant de dépasser les limites du schéma d’assainissement traditionnel en répartissant les rejets d’eau dans l’espace et dans le temps. Si plusieurs études ont montré leur efficacité (Ahiablame, Engel et Chaubey, 2012; Chui et Trinh,2016; Eckart, McPhee et Bolisetti,2017; Fletcher et al., 2015; Versini et al., 2015), leurs performances sont assez variables et impactées par plusieurs facteurs.

Puisque ces techniques ciblent d’augmenter l’infiltration et l’évapotranspiration à une faible échelle (< 1 km²), leur efficacité dépend fortement de leur densité et de la localisation de leur implantation. Le rôle des caractéristiques géomorphologiques « naturelles » (type du sol et de végétation, forçages climatiques, topographie locale, etc.) et de leurs capacités infiltrantes et évaporantes est également important. De plus, les performances des techniques alternatives varient d’un événement à un autre, selon l’intensité, le volume et le délai au pic, ce qui résulte en une dépendance au régime climatique (tempéré, tropical, etc.). Enfin, ces techniques sont dimensionnées en général avec une prise en compte des enregistrements du climat passé, ce qui ne garantit pas leur résilience face aux changements climatiques futurs.

Le Tableau 1.1 dresse un récapitulatif de l’impact moyen (ou plausible) de l’urbanisation sur les processus hydrologiques à l’échelle locale, ainsi que les incertitudes à prendre en compte. On remarque qu’avec la multiplicité des sources d’incertitudes, aucun processus n’est définitivement supprimé par l’urbanisation. D’un point de vue hydrologique, la frontière qui sépare les surfaces urbaines des surfaces naturelles devient floue et est moins nette que ce que l’on pense, ce qui pousse à considérer la distinction urbain/rural uniquement comme deux extrémités d’un continuum de surfaces plus ou moins imperméables (Brabec, Schulte et Richards,2002; McGrane,2016).

Tableau1.1.Récapitulatifdel’impactdel’urbanisationsurlesprocessushydrologiquesàl’échellelocale(ville,quartier). Processus

Impact«moyen»de l’urbanisationCausesIncertitudesoumesurescompensatoires PrécipitationsAugmentationàl’avalet surlaville•Phénomènedel’îlotde chaleururbain •Changementderugosité •Diminutiondel’humi- ditédusol •Émissionsimportantes d’aérosols

•Incertitudesimportantessurlestauxd’augmenta- tiondesprécipitations •Difficultédanslahiérarchisationdesprocessuspour endéfinirlesplusimportants Suiteàlapagesuivante...

Tableau1.1suite:Récapitulatifdel’impactdel’urbanisationsurlesprocessushydrologiquesàl’échellelocale. Processus

Impact«moyen»de l’urbanisationCausesIncertitudesoumesurescompensatoires ÉvapotranspirationDiminution •Réductionducouvertvé- gétal •Diminutiondel’humi- ditédusolpardrainage rapidedeseauxruisse- lantes

•Augmentationàtraversl’évaporationdeseauxinter- ceptéesparlestoitures,dontletauxd’interception estvariableselonlapenteetl’orientationdela toiture •Évaporationsignificativementnonnullesurles chausséesetlesroutes •Augmentationdelatempératureàcausedel’îlot dechaleururbain,conjuguéeàunedisponibilité d’humiditédusolsuffisantegrâceàlasur-irrigation desespacesvertsetauxfuitesd’eaulocales •Augmentationdel’évapotranspirationparl’utilisa- tiondestechniquesalternatives,commelesbassins derétentionetlestoituresvégétalisées Suiteàlapagesuivante...

Tableau1.1suite:Récapitulatifdel’impactdel’urbanisationsurlesprocessushydrologiquesàl’échellelocale. Processus

Impact«moyen»de l’urbanisationCausesIncertitudesoumesurescompensatoires Ruissellementet infiltration Augmentationdu ruissellementet diminutionde l’infiltration

•Utilisationdematériaux étanchesquiempêchent l’infiltrationdeseaux danslestoitures,les routesetleschaussées •Compactagedessolsur- bains

•Tauxderuissellementtrèsvariablesselonletypede laconstruction(toiture,route),sonâge,letypedu matériauetlasaison •Infiltrationnonnullesurlessurfacesurbaines supposéestrèsimperméables,àcausenotamment deleurvieillissement •Impactdépendantdelaconnectivitédessurfaces urbainesauréseaudedrainage •Restaurationdel’infiltrationparl’utilisationdes techniquesalternatives,commelestranchées drainantes,lesnoues,leschausséesporeusesetles bassinsd’infiltration •Restaurationdelacapacitéd’infiltrationdansles solsurbainsgrâceàl’implantationdesarbresetla créationd’espacesverts Suiteàlapagesuivante...

Tableau1.1suite:Récapitulatifdel’impactdel’urbanisationsurlesprocessushydrologiquesàl’échellelocale. Processus

Impact«moyen»de l’urbanisationCausesIncertitudesoumesurescompensatoires Dynamiquede l’écoulement

Accélération •Remplacementdessols naturelsetvégétaliséspar dessurfacesàfaibleru- gosité,doncàdesvi- tessesd’écoulementim- portantes •Présencedecanauxde drainageartificiel •Augmentationdes volumesd’eau ruisselante

•Impactdépendantdelaconnectivitédessurfaces urbainesauxréseauxdedrainageartificiels •Utilisationdestechniquesalternativespouratténuer lepicdedébitetralentirlapropagationdecrue Recharge souterraine

Diminution •Diminutiondel’infiltra- tion •Pompage •Drainageparlesréseaux d’assainissement

•Augmentationgrâceàlarestaurationdel’infiltration pardestechniquesalternatives,auxfuitesdans lesréseauxartificielsetàladiminutionde l’évapotranspiration •Abandondepompagedanslesvilles FinduTableau1.1.

Ayant décrit les modifications des différents processus à l’échelle locale, comment se traduisent-elles dans la relation pluie-débit à l’échelle du bassin versant ?

1.2.3 Impact de l’urbanisation sur le comportement hydrologique à