Le dimensionnement d’un bassin d’orage consiste à déterminer le volume utile nécessaire pour stocker temporairement les eaux pluviales lorsque le débit entrant est supérieur au débit de fuite autorisé.
Le principe général peut s’écrire :
Volume à stocker = volume d’eau ruisselé entrant – volume évacué pendant l’épisode pluvieux.
La méthode des pluies détermine ce volume à partir de la surface active du bassin versant, des caractéristiques de la pluie locale et du débit de fuite de l’ouvrage. Le volume maximal à stocker correspond à l’écart maximal entre le volume cumulé apporté par la pluie et le volume évacué. Le dimensionnement doit toujours être réalisé à partir des caractéristiques propres au projet et des prescriptions locales applicables.
Le dimensionnement d’un bassin d’orage en 5 points
Bassin versant : identifier l’ensemble des surfaces dont les eaux pluviales sont dirigées vers l’ouvrage.
Surface active : pondérer chaque surface par son coefficient de ruissellement afin d’estimer sa contribution effective aux apports d’eau.
Pluie de projet : utiliser des données pluviométriques représentatives du site et une période de retour adaptée aux objectifs de protection.
Débit de fuite : déterminer le débit maximal pouvant être restitué vers l’aval selon les contraintes du projet et les prescriptions applicables.
Volume utile : rechercher le volume maximal à stocker lorsque les apports d’eau sont supérieurs au volume pouvant être évacué.
Norme NF EN 752 et principes fondamentaux du calcul pluvial
La norme NF EN 752 s’applique notamment aux systèmes collectant les eaux provenant des bâtiments, des toitures et des surfaces revêtues jusqu’à leur rejet vers une station de traitement ou un milieu récepteur.
Pour dimensionner un ouvrage de stockage des eaux pluviales, plusieurs paramètres doivent être étudiés :
- la superficie du bassin versant collecté ;
- la nature et l’imperméabilisation des surfaces ;
- la surface active ;
- la pluviométrie locale ;
- la période de retour retenue ;
- le débit de fuite autorisé ;
- les caractéristiques hydrauliques du réseau en amont et en aval.
La méthode des pluies permet d’estimer le volume de rétention nécessaire en comparant, au cours d’un événement pluvieux, les volumes d’eau entrant dans l’ouvrage et les volumes pouvant en sortir.
Elle repose toutefois sur des hypothèses simplificatrices. Son utilisation doit donc être validée en fonction de la taille et de la configuration du bassin versant.
Étape 1 – Calcul de la surface active
La surface active représente la surface du bassin versant qui contribue effectivement au volume d’eau ruisselé. Elle est obtenue en pondérant chaque type de surface par son coefficient de ruissellement ou d’apport.
La relation générale est : Sa = S × C
avec :
- Sa : surface active ;
- S : surface considérée ;
- C : coefficient de ruissellement ou coefficient d’apport.
Dans un projet comportant plusieurs revêtements :
Sa totale = (S₁ × C₁) + (S₂ × C₂) + … + (Sn × Cn)
Quels coefficients de ruissellement selon les surfaces ?
Le coefficient traduit la part de la pluie qui contribue au ruissellement. Une surface fortement imperméabilisée produit généralement davantage de ruissellement qu’un espace végétalisé capable d’intercepter et d’infiltrer une partie de l’eau.
Type de surface
Toiture imperméable
Enrobé
Béton
Parking ou chaussée imperméable
Espace vert aménagé
Ruissellement très élevé
Ruissellement très élevé
Ruissellement très élevé
Ruissellement élevé
Ruissellement faible à modéré
Le coefficient retenu doit être adapté aux caractéristiques réelles du projet : pente, perméabilité du sol, état de surface, végétation ou saturation préalable.
Plus la surface active est importante, plus le volume d’eaux pluviales à gérer est susceptible d’être élevé.
Étape 2 – Détermination du débit de fuite et du temps de concentration
Le débit de fuite correspond au débit maximal que le bassin peut restituer vers l’aval. Plus ce débit est limité, plus le volume de stockage nécessaire peut augmenter.
Le débit de fuite peut être imposé par le gestionnaire du réseau, la collectivité ou les prescriptions applicables au projet. Il est généralement exprimé en l/s ou sous forme de débit spécifique en l/s/ha.
Le bassin joue alors un rôle de tampon :
débit entrant > débit de fuite → stockage
débit entrant < débit de fuite → vidange progressive du bassin
Qu’est-ce que le temps de concentration ?
Le temps de concentration correspond au temps nécessaire pour que l’eau provenant du point hydrauliquement le plus éloigné du bassin versant atteigne l’exutoire.
Il dépend notamment :
- de la longueur du parcours hydraulique ;
- de la pente ;
- de la nature des surfaces ;
- de la vitesse d’écoulement ;
- de la configuration du réseau de collecte.
Étape 3 – Utilisation des courbes IDF et périodes de retour
Les courbes Intensité-Durée-Fréquence (IDF) permettent d’associer une intensité de pluie à une durée et à une période de retour données. Elles permettent donc de caractériser la pluie de projet utilisée pour le dimensionnement.
Les données pluviométriques doivent être représentatives de la localisation du projet.
Les coefficients de Montana peuvent notamment être utilisés pour déterminer une hauteur ou une intensité maximale de précipitation pour une durée donnée.
Quelle différence entre pluie décennale et pluie centennale ?
Une période de retour exprime une probabilité statistique d’occurrence et non la fréquence exacte à laquelle une pluie va se produire.
Ainsi :
- une pluie de période de retour 10 ans correspond à une probabilité annuelle de dépassement de l’ordre de 10 % ;
- une pluie de période de retour 100 ans correspond à une probabilité annuelle de dépassement de l’ordre de 1 %.
Le choix de la période de retour dépend des objectifs de protection, de la vulnérabilité du site, des conséquences potentielles d’un débordement et des prescriptions applicables au projet.
Exemple pratique de calcul du volume utile d’un bassin d’orage
Le volume utile d’un bassin d’orage est obtenu en recherchant, pour la pluie de projet considérée, l’écart maximal entre le volume cumulé entrant dans le bassin et le volume pouvant être évacué par le débit de fuite.
Prenons un exemple pédagogique simplifié pour un aménagement de 10 000 m².
Données
Toitures
Voiries et parkings imperméables
Espaces verts
Surface totale
Surface active retenue
Hauteur de pluie
Débit de fuite
Durée considérée
1. Calcul du volume précipité sur la surface active
40 mm correspondent à 0,040 m.
7 200 × 0,040 = 288 m³
Le volume entrant théorique est donc de 288 m³.
2. Calcul du volume évacué
Pour un débit de fuite constant de 10 l/s pendant 60 minutes :
10 × 3 600 = 36 000 litres = 36 m³
3. Calcul simplifié du volume à stocker
288 – 36 = 252 m³
Le besoin de stockage obtenu dans les conditions retenues pour cet exemple est donc de 252 m³.
Étape
Surface active
Pluie
Volume apporté
Volume évacué
Stockage simplifié
Calcul
Hypothèse
40 mm
7 200 × 0,040
10 l/s × 3 600 s
288 – 36
Résultat
7 200 m²
0,040 m
288 m³
36 m³
252 m³
Attention : ce calcul volontairement simplifié n’est pas, à lui seul, l’application complète de la méthode des pluies. Dans un dimensionnement réel, plusieurs durées de pluie sont étudiées afin d’identifier celle produisant le volume de stockage maximal.
Quels paramètres faut-il retenir pour dimensionner un bassin d’orage ?
Le dimensionnement d’un bassin d’orage dépend principalement de la surface active collectée, de la pluie de projet et du débit de fuite autorisé. Il n’existe donc pas un volume standard par hectare applicable à tous les projets.
Deux opérations de même superficie peuvent nécessiter des volumes de stockage très différents selon leur taux d’imperméabilisation, leur localisation géographique, la période de retour choisie et les contraintes imposées au rejet.
Le calcul hydraulique permet de déterminer le volume utile de stockage. Il reste ensuite à traduire ce besoin en ouvrage : bassin à ciel ouvert, bassin enterré, structure alvéolaire ultra-légère (SAUL) ou autre solution adaptée au projet.
Pour comprendre l’utilité globale de ces ouvrages, consultez notre guide complet sur les bassins d’orage.
Le dimensionnement définit donc un besoin hydraulique avant de définir une solution constructive. Pour un projet réel, les hypothèses et résultats doivent être validés par le maître d’œuvre ou le bureau d’études compétent.
Sources et Références :
- AFNOR – NF EN 752 : Réseaux d’évacuation et d’assainissement à l’extérieur des bâtiments – Gestion du réseau d’assainissement. Cadre de référence concernant notamment la planification, la conception, l’installation, l’exploitation et l’entretien des réseaux d’évacuation et d’assainissement.
- Météo-France – Coefficients de Montana. Données permettant de déterminer des hauteurs ou intensités maximales de précipitations selon différentes durées et périodes de retour.
- Météo-France – Exemple de coefficients de Montana. Présentation de la relation entre hauteur de pluie, durée et période de retour et exemple de coefficients établis à partir des observations pluviométriques.
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