Evaluation de la reproductibilité des réponses hydraulique et épuratoire de deux noues pilotes

Abstract

Deux noues végétalisées ont été mises en œuvre au sein d'un pilote au CSTB (Nantes), et ont été équipées d'un simulateur de ruissellement et d'une instrumentation dédiée afin d'en étudier leurs réponses hydraulique et épuratoire. La fonctionnalité de la chaîne de mesure et la reproductibilité des réponses des noues ont été évaluées sur un même évènement de ruissellement (pluie d'environ 11 mm), simulé à 6 reprises entre novembre 2017 et avril 2018. Le dispositif instrumental s'est avéré apte à restituer intégralement la réponse hydraulique des deux noues, et sa capacité à suivre finement les flux de polluants en entrée et en sortie de noue a été validée. Les valeurs brutes des ratios flux d'eau sortant/injecté (S/E) et flux d'eau infiltré/ruisselé (I) sont faiblement dispersées (coefficients de variation (cv) < 5 %). Les abattements en masse et en concentration des deux polluants analysés dans cette étude, le zinc (Zn) et le cuivre (Cu), sont compris dans les limites de reproductibilité calculées. En revanche, le niveau de contamination élevé de Zn dans les eaux injectées pourrait expliquer la plus faible dispersion de son abattement (cv < 30 %) par rapport à Cu (−185 % ≤ cv ≤ 176 %). Enfin, les incertitudes liées à la mesure et aux méthodes analytiques ont été identifiées comme des sources potentielles de variations des réponses. Ces résultats seraient à approfondir pour des conditions initiales plus contrastées (pluies extrêmes, sol sec ou proche de la saturation).

Swales are popular stormwater source-control infrastructures put in place to mitigate the environmental impacts of urban or road runoff. Over the past 30 years, swale design has evolved with more emphasis on swale outflow quality, but still has a strong empirical basis. Therefore, there is a need to gain insight into the design aspects that could impinge on the treatment efficiency of a swale. To address these knowledge gaps, two pilot swales were specifically designed and built at the CSTB Nantes. Differences between the pilot swales derived from their soil materials in order to assess and compare the performances of a standard swale and a filtering swale. For this purpose, the pilot swales were equipped with a runoff simulator and various measuring devices (i.e. flowmeters and soil moisture sensors). Given the importance to generate high-quality data, the present paper details this measurement chain and examines its operation by simulating the same runoff event six times between November 2017 and April 2018. The reproducibility of the swale responses is discussed in light of the test procedure and the estimated measurement uncertainties. Overall, results emphasize the high reproducibility of the swale hydraulic responses and demonstrate that pollutant fluxes can be accurately monitored at the inlet and the outlet of each swale. Regarding hydraulic indicators, slight dispersion (variation coefficient cv < 5%) of the ratios between outgoing and incoming water (S/E) and between infiltrated and runoff water (I) are likely due to non-similar initial conditions (e.g., natural rainfall preceding the runoff event). Regarding performance indicators of the stormwater treatment, the mass and concentration reduction efficiencies for zinc (Zn) and copper (Cu) are within the estimated replicability boundaries. Nevertheless, the high contamination level of Zn in incoming stormwater could explain the lower dispersion of its removal (cv < 30%) with respect to the dispersion of Cu removal (−185% ≤ cv ≤ 176%). Overall, the estimated uncertainties of both the monitoring devices and the analytical methods were identified as potential explanations for the observed variations.

Mots clés :

• noues
• eaux pluviales
• réponse hydraulique
• performances épuratoires
• instrumentation

Keywords:

• swales
• stormwater
• hydraulic response
• pollutant removal performance
• monitoring

Remerciements

Cette étude a été conduite dans le cadre du projet Matriochkas, financé par l'Agence Française pour la Biodiversité. Les auteurs remercient vivement le personnel technique du LEE et du CSTB, notamment Frédéric Padiou pour son expertise technique lors de la conception et l'aménagement du banc d'essai.