Évaluation des pavés perméables au Centre Kortright

Ce projet, échelonné sur plusieurs années et qui s’est terminé en 2015, a permis d’évaluer le rendement de différents pavés perméables installés dans le stationnement du centre d’information de Kortright, au campus Living City, à Vaughan, en Ontario. Le projet a été entrepris par des chercheurs de l’Université de Guelph, en collaboration avec le Sustainable Technologies Evaluation Program (programme d’évaluation des technologies durables) (STEP), un programme à multiples organismes dirigé par la Toronto and Region Conservation Authority (TRCA).

Étant donné la hausse des températures et la fréquence des précipitations extrêmes, qui devraient s’aggraver selon les projections climatiques, il existe un besoin d’élaborer et de mettre en œuvre des pratiques exemplaires en matière de gestion des eaux pluviales en utilisant de nouvelles technologies pour atténuer ces impacts et adapter notre environnement bâti au climat changeant. Diverses pratiques exemplaires de gestion des eaux pluviales ont été élaborées, notamment les pavés perméables.

Malgré les nombreuses recherches menées sur les pavés perméables, il y a peu d’évaluations du rendement à long terme fondées sur des données climatiques et géologiques de l’Ontario. Ce projet a été mené en deux phases. La phase 1 était consacrée à l’évaluation de l’hydrologie, de la qualité de l’eau et du rendement fonctionnel de différents pavés de béton perméables. La phase 2 visait à poursuivre la surveillance et l’évaluation, avec un accent sur l’évaluation du rendement à long terme des pavés et la documentation de la direction et de l’ampleur des changements touchant le rendement au fil du temps.

Les résultats de ce projet indiquent que les pavés perméables constituent une pratique efficace pour restaurer les fonctions naturelles d’infiltration ainsi qu’un outil précieux de gestion des eaux pluviales pour réduire les impacts futurs des changements climatiques. Pendant la période de surveillance, les pavés perméables ont réduit les volumes de ruissellement de 45 % et les effluents étaient généralement beaucoup plus propres que les eaux de ruissellement provenant du pavé en asphalte.

Comprendre et évaluer les impacts

Les matériaux classiques utilisés pour le pavage de nos routes et stationnements absorbent plus de radiation solaire que les surfaces végétalisées, entraînant un réchauffement accru au sein de l’environnement bâti. Des matériaux comme l’asphalte augmentent également l’imperméabilité des surfaces terrestres, entraînant une augmentation des volumes et des taux de ruissellement, une accumulation et une distribution plus importantes d’eau chaude polluée et une érosion accrue. Les changements climatiques sont susceptibles d’amplifier ces impacts, car les projections climatiques suggèrent une augmentation des températures, des précipitations et de la fréquence des canicules et des précipitations extrêmes.

Diverses pratiques exemplaires de gestion des eaux pluviales ont été conçues pour atténuer ces impacts en utilisant un ou plusieurs processus différents de traitement, notamment la sédimentation, la filtration, l’infiltration et la biodégradation. Les pavés perméables sont uniques en ce sens qu’ils remplacent les surfaces dures existantes. Par conséquent, ils ne nécessitent pas d’espaces supplémentaires qui sont parfois non disponibles (par exemple, dans les anciens développements) ou qui peuvent être utilisés comme espaces verts ou bâtis.

L’application d’un pavé perméable dans le cadre de la gestion des eaux pluviales est un exemple de développement à faible impact (DFI), qui a pour but d’imiter les processus hydrologiques naturels en augmentant l’infiltration et la recharge des eaux souterraines, et en réduisant les volumes et les débits des eaux de ruissellement qui causent des dommages à l’environnement naturel et bâti.

Voici les principaux avantages environnementaux des pavés perméables :

  • Réduction du volume de ruissellement, diminuant ainsi les risques d’inondation, l’érosion des cours d’eau et les dommages aux infrastructures en aval;
  • Retrait des contaminants des eaux pluviales infiltrées;
  • Réduction du flux de chaleur de la surface de la chaussée vers l’atmosphère, ce qui contribue à atténuer l’effet d’îlot de chaleur urbain dans le contexte du réchauffement climatique.

Déterminer les actions

Afin de mieux comprendre le rendement des pavés perméables, la Toronto and Region Conservation Authority (TRCA) a construit une installation de recherche sur les pavés perméables dans le stationnement du centre d’information du Kortright Centre for Conservation à Vaughan, en Ontario. Une variété de différents types de pavés est disponible.

Ceux-ci sont généralement classés selon trois principaux types :

  • Le pavé modulaire en blocs de béton autobloquants est composé de blocs de béton imperméables qui permettent à l’eau de s’infiltrer dans un réservoir à travers des vides interblocs ou intrablocs. Ces vides peuvent être remplis de graviers ou de terre et d’herbe. Le gravier est le matériau de remplissage le plus courant, car il est moins susceptible de se colmater.
  • L’asphalte ou le béton poreux est composé de mélanges d’asphalte ou de béton standard dont les granulats les plus fins ont été retirés. L’élimination de ces matières fines donne au pavé une matrice de pores qui permet à l’eau de s’infiltrer à travers la surface.
  • Les systèmes grillagés en plastique comprennent des parties en plastique qui se verrouillent, sans surface imperméable. Les espaces grillagés peuvent être utilisés pour planter du gazon, sinon, ils peuvent être laissés vides, sans végétation, et remplis de gravier. Les grilles assurent la stabilité structurale et empêchent le tassement, tout en laissant un grand espace vide permettant l’infiltration des eaux pluviales.

Mise en oeuvre

L’installation de recherche compte quatre cellules de pavé de 230 à 233 m2. Deux cellules sont construites avec du pavé en béton perméable à verrouillage, une cellule est construite de béton poreux et une autre est construite d’asphalte classique.

La base de granulats ouverte des pavés perméables fournit un stockage équivalent à environ 100 mm de pluie. Chaque cellule de pavé perméable est drainée au moyen d’un tuyau perforé installé à 500 mm sous la surface, à l’interface entre la couche de fondation en granulats à texture ouverte et le sol naturel. La cellule d’asphalte est drainée en surface par un bassin versant au centre de la parcelle. L’eau infiltrée recueillie par les trois cellules ainsi que les eaux de ruissellement recueillies par le bassin versant sont dirigées séparément dans des tuyaux étanches vers une voûte de surveillance en aval, où se trouvent des échantillonneurs automatisés, des débitmètres et des capteurs thermiques.

Le programme de surveillance initial et à long terme comprend des mesures coordonnées visant les précipitations, l’infiltration en surface et sous la surface, les débits et la qualité de l’eau. Les précipitations sont mesurées à l’aide d’un pluviomètre à augets basculants situé à environ 200 m au sud de l’installation. Un deuxième pluviomètre situé à 500 m au nord de l’installation sert d’unité de secours.

Les températures de l’eau ont été enregistrées afin d’évaluer l’efficacité des pavés perméables dans l’atténuation des impacts thermiques provenant du rejet des eaux de ruissellement dans les cours d’eau des écosystèmes. La qualité de l’eau évacuée par les drains souterrains des trois pavés perméables et par la surface asphaltée a été surveillée pendant les périodes de pluie et de neige tout au long de l’année. Des échantillons d’eau ont été recueillis et livrés au laboratoire du ministère de l’Environnement de l’Ontario à Etobicoke pour en analyser la qualité, dans le respect des protocoles de préparation et de soumission du laboratoire du Ministère.

Résultats et suivi des progrès

Des données climatiques ont été recueillies durant le projet, y compris les précipitations et les températures de l’air. Ces données ont été combinées aux données sur les eaux pluviales (p. ex., température de l’eau, qualité de l’eau, volume et taux de ruissellement) afin d’évaluer le rendement de la gestion des eaux pluviales du pavé perméable.

Les résultats de ce projet indiquent que les pavés perméables des stationnements constituent une pratique efficace pour maintenir ou restaurer les fonctions naturelles d’infiltration, tout en réduisant le réchauffement et la contamination des systèmes bâtis et naturels, même dans les zones où les sols sont peu perméables. Les données sur le rendement ont été comparées aux courbes intensité-durée-fréquence (IDF) de la région. L’évaluation a révélé que l’installation de pavé perméable pouvait absorber les précipitations d’au moins une tempête sur 100 ans sans déborder, mais qu’elle n’était pas conçue pour prendre en charge les débits de pointe antérieurs au développement dans le contexte des inondations.

Les principaux résultats du programme de surveillance élargi sont les suivants :

  • Charges thermiques : les résultats de la présente étude indiquent que le pavé perméable a produit des charges thermiques considérablement plus faibles (réduction de 45 %) dans les eaux réceptrices que le pavé en asphalte pendant les journées chaudes de l’été, principalement en raison des volumes inférieurs d’écoulement.
  • Réduction du volume de ruissellement : les chaussées ont permis de réduire les volumes de ruissellement de manière constante au cours de l’étude, malgré la présence de sols indigènes à grains fins.
  • Infiltration de surface : le taux d’infiltration à travers la surface des trois pavés perméables était initialement très élevé, mais celui-ci a diminué rapidement au cours des deux premières années en raison de l’accumulation de sédiments dans les vides de surface des pavés.
  • Qualité des eaux de surface : les effluents des pavés perméables présentaient des concentrations plus faibles de la plupart des polluants, comparativement aux ruissellements du pavé d’asphalte.
  • Mouvement de la surface : les résultats ont montré que les surfaces des pavés perméables ont été relativement stables au fil du temps, sans signes évidents de gonflement ou d’effondrement.

Prochaine(s) étape(s)

Ce projet de surveillance et d’évaluation a permis de formuler plusieurs recommandations clés:

  • La surveillance devrait se poursuivre afin de mieux caractériser les tendances en matière de rendement et de fournir l’un des seuls ensembles de données à long terme sur les pavés perméables disponibles en Amérique du Nord.
  • Amélioration des méthodes d’entretien hivernal (neige et glace) des pavés perméables. La première phase de cette étude a révélé que les pratiques d’entretien actuelles ne sont que partiellement efficaces pour restaurer les propriétés d’infiltration et que celles-ci pourraient ne pas fonctionner du tout sur le béton perméable.
  • D’autres travaux doivent être effectués afin de quantifier les taux d’application de sel de voirie, car les études suggèrent qu’une moins grande quantité de sel pourrait être nécessaire sur les pavés perméables.
  • Une surveillance continue et un suivi du devenir des sels de voirie et autres contaminants doivent être effectués pour mieux comprendre les répercussions sur les milieux naturels et la qualité de l’eau.

Les résultats découlant de ce projet peuvent être utilisés pour améliorer les politiques et les lignes directrices sur l’utilisation et la conception appropriées des pavés perméables dans le contexte de la gestion des eaux pluviales.

Ressources

Lien vers l’étude de cas complète (en Anglais seulement)

Ressources supplémentaires (en Anglais seulement) :