Comportement hydrologique de jardins de pluie : une convention de partenariat de recherche Ville de Paris - Cerema

Actualité de l'Equipe projet de recherche TEAM : Transferts et interactions liés à l'eau en milieu construit
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De Janvier 2020 à Janvier 2024

Vive les jardins de pluie à Paris !

La Ville de Paris opère une transition dans la manière de penser la gestion de ses différents espaces urbains. Ainsi, les plans CLIMAT, BIODIVERSITE et PARISPLUIE lancés ces dernières années tout comme la Stratégie Résilience, sont autant de marqueurs d’une nouvelle vision plus écologique et plus résiliente de l’espace urbain dans la capitale.

Le plan PARISPLUIE lancé en mars 2018, repose sur un zonage règlementaire d’assainissement pluvial du territoire parisien. En exigeant un abattement minimum des pluies là où elles tombent, il vise à réduire les déversements en Seine lors des évènements pluvieux courants tout en rafraîchissant la ville en la rendant plus perméable.

Aux côtés de nombreuses solutions, celles basées sur le végétal, sont particulièrement indiquées puisqu’elles font appel à deux phénomènes naturels physiques essentiels que sont l’infiltration et l’évapotranspiration. La ville de Paris et le Cerema partagent l’objectif d’améliorer la connaissance de ces phénomènes afin de mieux appréhender la place à donner à ce type de solutions en milieu urbain, en particulier en zone de sous-sol très sensible et/ou contraint.

En se basant sur les travaux de thèse d’Amanda Hess aux États-Unis¹, la Ville a débuté en 2016 une première étude sur huit lysimètres. Les résultats des deux premières années ont montré des valeurs d’évapotranspiration très supérieures aux valeurs attendues, représentant jusqu’à 70% des volumes de pluies recueillis et relativisant donc le volume réel d’infiltration dans le sol profond.

Tout en finalisant cette étude, la Ville a souhaité engager une expérimentation complémentaire sur des jardins de pluie, plus représentatifs des espaces verts parisiens, afin de consolider et enrichir les précédents résultats. Cette nouvelle phase vise à mieux caractériser la réponse du sous-sol parisien à des dispositifs de gestion des eaux pluviales tels que les jardins de pluie.

Le Cerema a pour missions d’apporter un appui scientifique et technique à tous les acteurs de l’aménagement et du développement durables (État, collectivités territoriales, acteurs économiques ou associatifs, partenaires scientifiques) pour élaborer, mettre en œuvre et évaluer les politiques publiques. L’évaluation des réelles performances des techniques de gestion à la source des eaux pluviales, prônées par plusieurs politiques publiques nationales (plans BIODIVERSITE et CLIMAT entre autre), est l’un de ses thèmes de recherche et d’expertise.

Le Cerema voit donc dans ce partenariat avec la Ville de Paris l’occasion de compléter ses connaissances et les outils développés par TEAM sur les techniques de gestion à la source des eaux de pluie (par exemple sur les toitures végétalisées avec l’outil Faveur, faveur.cerema.fr). En associant le Cerema à son programme, la Ville vise à valoriser son expérimentation sur le plan scientifique.

Le projet est par ailleurs soutenu financièrement par l’Agence de l’Eau Seine Normandie (AESN) dans le cadre de son prochain Contrat Eau et Climat 2020-2024.

1- Hess A.J., 2014. Monitoring of evapotranspiration and infiltration in rain garden designs. Thesis of Master of Science in Civil Engineering Villanova University. 124p.

Programme de travail

Le projet s’articule en deux temps, un premier permettant de bien aboutir le plan d’expérience et un second de suivi et interprétation des mesures.

Phase I : Plan d’expérience des jardins lysimétriques

Un premier travail va consister en une revue bibliographie sur le rôle des végétaux dans les flux d’infiltration et d’évapotranspiration issus des jardins de pluie urbains.

La Ville de Paris suit depuis 2016 huit lysimètres de jardin de pluie de superficie réduite (1m²) installés au Muséum National d’Histoire Naturelle (MNHN). Le Cerema complétera les enseignements tirés des deux premières années par la Ville et exploitera les données de la dernière année. Ce premier programme viendra alimenter le programme expérimental des jardins de pluie de plus grandes tailles prévus à l’école du Breuil.

Enfin, la conception et l’instrumentation des jardins lysimétriques de l’école du Breuil seront réalisées, avec un objectif de mise en œuvre au printemps 2020.

Phase II : Suivi des jardins de pluie

Une fois les jardins mis en œuvre et instrumentés, le Cerema soutiendra la Ville dans la validation et l’exploitation des données afin d’établir les bilans hydrologiques des jardins, en continu, à un pas de temps fin, et sur 3 années successives.

Il s’agira dans une première étape de critiquer et valider les données acquises, des procédures qualité seront mises en œuvre et un environnement en langage Python sera développé pour cette phase du travail.

La seconde étape est l’interprétation des données. Il sera recherché avec les données validées, d’établir le bilan hydrologique des jardins instrumentés. Ce bilan peut être résumé par l’équation:

Variation stock d’eau dans un jardin = Pluie + Ruissellement – Infiltration – Evapotranspiration

Les débits de ruissellement alimentant les jardins et l’infiltration à la base des jardins seront mesurés directement. Les variations du stock d’eau dans les jardins seront estimées à l’aide d’un ensemble de capteurs de teneur en eau, capteurs qui devront être distribués horizontalement et verticalement. Le flux d’évapotranspiration sera estimé comme le résidu du bilan, ce qui devrait être fiable à l’échelle de l’année ou de la saison, mais plus incertain à l’échelle journalière, voire de l’heure.

Des mesures ponctuelles permettront de compléter les mesures en continu:

• des tests d’infiltration seront effectués. La variation des résultats en fonction du développement des végétaux et de leurs profils racinaires sera particulièrement examinée ;
• des analyses physico-chimiques pourront être effectuées, sur le ruissellement et le débit infiltré mais aussi sur le sol, en particulier en fin de projet.

Equipes impliquées

• Pour la ville de Paris, l’étude est menée par la Division Études et Ingénierie (DEI) du Service Technique de l’Eau et de l’Assainissement (DPE-STEA), avec des contributions de l’École du Breuil et du Service des Sciences et Techniques du Végétal et de l’Agriculture Urbaine de la direction des espaces verts et de l’environnement (DEVE).
• Pour le Cerema, ses directions d’Île-de-France et Est accueillent l’équipe de recherche « Transferts et interactions liées à l’EAu en Milieux construits » (TEAM) qui mène des recherches autour de l’impact des milieux construits (villes et infrastructures de transports) sur le cycle de l’eau et ses interactions avec le climat, la végétation, et le sol. L’équipe projet du Cerema est constituée d’Emmanuel Berthier (coordinateur du projet), David Ramier, et Rémi Val.
• L’agence de l’eau Seine-Normandie soutient financièrement le projet.