Le ruissellement urbain : une source de polluants à ne pas négliger

Article de Jean Marcel Dorioz, le 18 oct, 2010

 

 L’urbanisation est une tendance mondiale – UN 2003 – qui, à l’évidence, est anticipée sur le bassin lémanique. Les zones rurales limitrophes des villes sont progressivement absorbées par le développement d’un périurbain dont l’extension actuelle laisse présager un lac majoritairement entouré d’une ceinture urbaine dans un futur assez proche. Cette extension se fait pour l’instant surtout au détriment des terres agricoles.

Ainsi, avec le développement de l’urbanisation, s’ouvre un nouveau chapitre de l’histoire (mouvementée) des relations entre activités humaines sur le bassin versant et état de l’écosystème lémanique. Le changement environnemental en cours est au moins aussi « global »  et peut être plus radical que le réchauffement climatique attendu.

Avec ce nouvel article consacré à l’or bleu, Jean-Marcel Dorioz*, directeur de recherche à l’INRA,  envisage l’un des problèmes à régler en matière de gestion de l’eau : celui des flux de polluants rejetés par le ruissellement urbain dans les récepteurs naturels (rivières, lac).

 Que d’eau ! Normal, les villes sont « des bassins versants à réponse hydrologique rapide ».

 L’urbanisation s’accompagne d’une modification profonde des conditions d’écoulement des eaux de surface due à l’imperméabilisation du bassin versant. Par temps de pluie, les aires imperméabilisées – routes, toits, parkings – génèrent rapidement des écoulements. A la différence des campagnes voisines, aucun stockage significatif de l’eau n’est possible dans ces structures. En d’autres termes, alors qu’un sol agricole stocke couramment plusieurs dizaines de millimètres de pluie avant d’engendrer un écoulement, un parking, lui, ruisselle au bout de quelques petits millimètres. En outre, en milieu urbain, tout est fait en termes de canalisation et de tuyaux pour évacuer rapidement cette eau pluviale. Les villes sont donc des bassins versants peu « tamponnés » qui répondent aux pluies en transmettant rapidement et massivement l’eau vers des exutoires. Le régime des eaux en milieu urbain se caractérise en conséquence par des forts volumes d’eau transférés, avec périodiquement, notamment lors d’orage estivaux, des pics de débit marqués. Dans ce contexte, pas étonnant que l’urbanisation des territoires situés en amont des bassins versants, surtout en situation de pentes relativement fortes, se traduise par un accroissement des risques d’inondation des voisins du dessous résidant plus à l’aval.

 Dans de nombreuses régions, les eaux pluviales sont évacuées dans les mêmes tuyaux que les eaux usées – réseaux dits unitaires. Ce mode de collecte, en place dans les parties les plus anciennes des villes (le réseau unitaire représente en France 93 000 km de tuyaux selon Coutelier (2004)), est un héritage difficile à gérer. En effet, l’excès d’eau lors des périodes pluvieuses se répercute sur le fonctionnement des dispositifs d’épuration, si bien qu’il s’avère parfois indispensable, le système étant « saturé », de pratiquer des déversements directs d’eaux non épurées dans les récepteurs naturels. Cette sur-verse des eaux usées en temps d’orage représente un apport non négligeable de pollution dans les rivières et le Léman. Il s’agit d’un mélange d’eaux pluviales et d’eaux usées ménagères dont le contenu polluant est constitué surtout de composés organiques plutôt dégradables, de nutriments et de contaminants microbiologiques. La maîtrise de ce fonctionnement préjudiciable à la qualité physico-chimique et écologique du milieu passe par une généralisation du système de collecte séparée des eaux usées et pluviales. Le système dit séparatif, qui est la norme dans l’urbanisation récente, permet d’optimiser le traitement des eaux usées.

 Cette évolution technique est nécessaire mais ne sera pas suffisante. En effet, l’eau strictement pluviale qui résulte du ruissellent sur nos villes, n’est pas de l’eau de source, loin s’en faut. Au contraire, elle représente une source de pollution diffuse qu’il est nécessaire de mieux maîtriser.

 Captage de la charge polluante par le ruissellement.

 La plupart des activités économiques ou domestiques génèrent des modifications dans la composition des eaux « produites » par le territoire où elles s’appliquent. Au-delà de certains seuils, un impact sur les milieux récepteurs et leurs usages est possible, craint ou connu : on parle alors de pollution.

 D’une manière générale la composition chimique de l’eau des rivières résulte d’échanges physico-chimiques et biologiques qui s’établissent entre le liquide et les milieux traversés lors du cycle de l’eau. Au contact de la basse atmosphère, puis des supports d’écoulement (sols, végétation, routes, toits…), l’eau se charge de substances dissoutes qu’elle « extrait » et de particules (minérales organiques, poussières aérosols, débris…) qu’elle arrache ou érode. Le résultat en termes de qualité d’eau est très variable selon les milieux traversés.

 Les villes étant par nature une concentration de populations et d’activités humaines, elles produisent des quantités importantes de polluants divers. Certains d’entre eux s’accumulent, lors des périodes sèches, dans l’atmosphère et sur les surfaces imperméabilisées. Ces surfaces ne sont toutefois pas l’équivalent d’un sol. Les activités biologiques et géochimiques y sont trop réduites pour avoir un effet significatif sur les polluants dégradables ou stockables (parfois non sans risque à terme pour le sol). Les surfaces urbaines sont, espaces verts exclus, de simples supports où s’accumulent des polluants facilement mobilisés et entraînés dans les rivières et le lac lors des phases de ruissellement.

 La charge polluante des eaux pluviales varie en quantité et « qualité » (Chocat et al 2007) d’un site à un autre, selon le type d’urbanisme, le type d’activité (plus ou moins industrielle ou résidentielle). Il varie aussi selon les évènements pluvieux en fonction de leurs caractéristiques hydrologiques et de la durée de la période sèche qui les précède (accumulation de polluants). Au sein de chaque événement, la variabilité est extrêmement forte et difficilement prévisible.

 La grande lessive ?

 La pluie lessive la ville, du plafond (atmosphère, toits) aux sols urbains (trottoirs, routes…). L’atmosphère est nettoyée de ses aérosols et les infrastructures de leurs dépôts et des produits associés à leur dégradation ou leur usure. En conséquence, on trouve de tout dans le ruissellement urbain : abondance de nutriments, avec évidemment du phosphore (P) mais aussi de l’azote (N) – ammonium surtout – abondance de matières organiques, d’hydrocarbures, de métaux dits lourds à la réputation plus ou moins douteuse (mercure (Hg), plomb (Pb), zinc (Zn), nickel (Ni)…), sans compter les micropolluants organiques en tous genres (avec notamment les célèbres pyrènes et HAP[1]. Le cocktail comprend aussi des particules organiques ou minérales, des micro-organismes, bactéries et virus comprenant des contaminants fécaux.

 Chaque catégorie de polluant signe plus ou moins une origine préférentielle. L’atmosphère par exemple fournit à la pluie des métaux lourds qui proviennent pour partie de la circulation automobile et des HAP associés aux combustions, dont le chauffage domestique. Les toitures libèrent cuivre (Cu), Zn, cadmium (Cd)… Sur les routes s’accumulent divers produits issus du fonctionnement des véhicules et de l’usure des pneus.Comptez ! 10 000 véhicules/jours représentent 100g d’hydrocarbures, autant de poussières, 40g de Zn…etc. Quant aux trottoirs, ils ont une spécialité : la matière organique provenant des déjections canines. Enfin, quelle que soit la surface considérée, il existe toujours plus ou moins de dépôts résultant des retombées atmosphériques en période sèche. Encore deux chiffres : dans la région parisienne, pour le Cd (un élément trace) on mesure quelques grammes par hectare et par an, alors que le Pb se compte en dizaines de g/ha/an (certes 10 fois moins qu’avant la suppression de l’essence plombée, mais néanmoins plus que le bruit de fond naturel).

 A cet inventaire s’ajoute le sel de déneigement et son cortège d’impuretés, ainsi que les produits de traitement utilisés pour désherber la voirie ou traquer la mauvaise herbe des allées. Ces herbicides sont à craindre surtout en zone périurbaine. On peut aussi jeter un œil suspicieux à l’eau qui ruisselle sur les chantiers de construction en se demandant comment sont gérés les produits potentiellement polluants dans ce contexte.

 Nombre de ces polluants sont, du fait de leurs propriétés physico-chimiques, fixés sur les particules minérales ou organiques : c’est le cas en particulier des métaux lourds (90 % du Pb est fixé 75% du Zn et 60% du Cd).

 Une bonne contribution à la pollution diffuse.

 L’impact potentiel du ruissellement urbain sur les milieux aquatiques récepteurs (rivières et lac) se mesure par les quantités rejetées annuellement à l’hectare de ville, en comparaison avec d’autres occupations de sols. Sur ces bases, on constate, associé à l’inévitable extension de l’urbain, un risque non négligeable pour les milieux aquatiques. Quelques exemples : une ville moyenne exporte en moyenne 1 à 3kg de P/ha/an, soit un impact « eutrophisant » supérieur ou égal à 1ha d’une zone cultivée moyenne, ou 2 à 5 fois plus qu’1ha de prairie, et 10 à 30 fois plus qu’une zone naturelle équivalente (forêt par exemple). Tous ces flux correspondent à des concentrations de l’ordre de 0.3 mg de P/l, excessives par rapport aux objectifs fixés pour le Léman.

 Des résultat analogues sont obtenus avec les métaux lourds dont les concentrations moyennes dans les eaux pluviales urbaines sont très supérieures à celle du bruit de fond naturel (plusieurs dizaines de fois) et dépassent en général largement (x 10 pour Zn et Pb) les concentrations limites au-delà desquelles un effet biologique peut apparaître (Barraud et al, 2008).

 Au niveau des points de rejets, tous les compartiments du milieu aquatique sont affectés : l’eau (périodiquement hors normes au plan microbiologique), les chaînes alimentaires (les êtres vivants cumulent et concentrent les polluants), et les sédiments. A l’aval des points de rejet, les teneurs des sédiments en hydrocarbures et HAP atteignent des valeurs records témoignant d’apports chroniques.

 Que faire ?

 La maîtrise du ruissellement urbain sous ses aspects quantitatifs et « qualitatifs », est un enjeux du développement urbain « durable ». Ceci est particulièrement valable dans une région où le récepteur des eaux pluviales est un lac comme le Léman.Comme souvent en matière de pollution diffuse, il n’existe pas de recette miracle. Le progrès repose sur une série d’actions complémentaires à mettre en place :

 – Réduire la pollution à la source, ce qui signifie :

1) de faire des choix de matériaux de couverture et de voirie moins polluants,

2) de maîtriser la circulation automobile et les combustions,

3) individuellement de renoncer à considérer la rue comme le réceptacle naturel de détritus.

 – Empêcher le transfert des polluants vers les récepteurs par des aménagements urbains favorisant le plus possible l’infiltration dans le sol (par exemple, choix de matériaux poreux) ; certains envisagent aussi de stocker l’eau au niveau de l’habitat, et de recommander la végétalisation des toits.

 – Créer des « zones tampons » ; il s’agit de faire transiter l’eau dans des bassins de décantation, des marécages artificiels… de lui faire subir une dépollution avant restitution au milieu naturel. Ce type de mesure s’applique bien à une charge polluante majoritairement localisée sur des particules.

 

*Jean-Marcel Dorioz, directeur de recherche, station d’Hydrobiologie Lacustre, INRA, Thonon-les-Bains ; Membre du Comité de l’ASL.

[Article tiré de Lémaniques No 67, mars 2008, Journal trimestriel de l’Association pour la Sauvegarde du Léman (ASL).]

Bibliographie restreinte

UN 2003- www.un.org/esa/populations/publications
Coutelier 2004, les données de l’environnement IFEN 93,Août 2004, 4 p
Chocat et al 2007- Eaux pluviales rejets urbains par temps de pluie. Paris in les techniques de l’ingénieur- août 2007 17p
Barraud et al 2008-Flux polluants urbains et periurbains en temps de pluie p41-51-Journée thématique de la ZABR- Janvier 2008
[1] Hydrocarbure aromatique polycyclique
  1. 4 commentaires pour “Le ruissellement urbain : une source de polluants à ne pas négliger”

  2. par HOFBAUER, le 18 oct 2010| répondre

    Bonjour,
    Article très intéressant, et je souhaite savoir ce que vous pensez des parkings qui sont réalisés avec des petits plots beton et du gazon.
    Merci d’avance.
    Cordialement
    JL HOFBAUER

  3. par Zimmermann, le 18 oct 2010| répondre

    Bonjour,
    Merci pour ces informations; il serait également intéressant d’avoir, dans la partie « que faire? », des exemples concrets de l’utilisation de nouveaux matériaux de couverture de voirie plus respectueux de notre environnement et des écosystèmes aquatiques. Ce serait très utile d’avoir un catalogue de ces revêtements pour des personnes qui travail en mairie, comme c’est mon cas.

    Cordialement,
    Guillaume

  4. par sertout mireille, le 18 oct 2010| répondre

    La liste des polluants est hélas! longue. Que dire de la pollution des cimetière?

  5. par Dorioz, le 19 oct 2010| répondre

    REPONSE

    Journée porte ouverte INRA Thonon sur le thème de la biodiversité du léman Samedi 23 à partir de 14H
    Vos questions sont bienvenues

    JMDORIOZ

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