Utilisateur:Oimabe/Surface imperméabilisée

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Les parkings sont très imperméables.

Les surfaces imperméabilisée sont principalement des structures artificielles telles que circulations (routes, trottoirs, entrées de garages et parkings, ainsi que les zones industrielles telles que les aéroports, les ports et les centres de logistique et de distribution qui utilisent des surfaces construites considérables) revêtues de matériaux imperméables tels que asphalte, béton, brique, pierre et/ou couvertes. Les sols compactés par le développement urbain sont également très imperméables.

Effets environnementaux[modifier | modifier le code]

Les surfaces imperméabilisée sont une préoccupation environnementale car, par leur construction, une chaîne d'événements est initiée qui modifie les ressources en air et en eau urbaines:

  • Les matériaux de la chaussée scellent la surface du sol, éliminant ainsi l'infiltration des eaux de pluie et la recharge naturelle des eaux souterraines.
  • Certains de polluants comprennant des nutriments en excès provenant des engrais; déchets pathogènes provenant des animaux de compagnie; essence, Huile moteur métaux lourds des véhicules; les charges élevées de sédiments provenant de l'érosion des lits de ruisseau et les chantiers de construction, déchets tels que les mégots de cigarettes, 6-pack holders et sacs en plastique transportés par les surtensions en eaux pluviales. Dans certaines villes, les eaux de crue pénètrent dans les réseaux unitaires d'assainissement, provoquant leur débordement, déversant leurs eaux usées brutes dans les cours d'eau. Le ruissellement pollué peut avoir de nombreux effets négatifs sur les poissons, les animaux, les plantes et les humains.
  • Les surfaces imperméables recueillent la chaleur solaire dans leur masse dense. Lorsque la chaleur est libérée, elle augmente la température de l'air, produisant des Îlot de chaleur urbain et augmentant la consommation d'énergie dans les bâtiments. Le ruissellement chaud des surfaces imperméables réduit l'oxygène dissous des cours d'eau, ce qui rend la vie difficile dans les écosystèmes aquatiques;
  • Les chaussées imperméables privent les racines des arbres d'aération, éliminant la «forêt urbaine» et l'ombre de la canopée qui, autrement, modéreraient le climat urbain. Parce que les surfaces imperméables déplacent la végétation vivante, elles réduisent la productivité écologique et interrompent le cycle du carbone atmosphérique.

D'après un récent article du Seattle Times: « Alors que les zones urbaines ne couvrent que 3% des États-Unis, on estime que leur ruissellement est la principale source de pollution dans 13% des rivières, 18% des lacs et 32% des estuaires[1]. »

La plupart des toits urbains sont complètement imperméables.;

La couverture totale par des surfaces imperméables dans une zone, telle qu'une municipalité ou un bassin versant, est habituellement exprimée en pourcentage de la superficie totale du terrain. La couverture augmente avec l'urbanisation croissante. Dans les zones rurales, la couverture imperméable ne peut être que de un ou deux pour cent. Dans les zones résidentielles, la couverture passe d'environ 10% dans les lotissements à faible densité à plus de 50% dans les communautés multifamiliales. Dans les zones industrielles et commerciales, la couverture dépasse 70%. Dans les centres commerciaux régionaux et les zones urbaines denses, il est supérieur à 90%. Dans les 48 États contigus des États-Unis, la couverture imperméable urbaine atteint 110 000 km², une superficie presque équivalente à celle de l'État de l'Ohio. Le développement continu ajoute un quart de million d'acres (1.000 km²) chaque année. Habituellement, les deux tiers de la couverture sont des trottoirs et un tiers les toits des bâtiments.[2];

Atténuation des impacts environnementaux[modifier | modifier le code]

La couverture de surface imperméable peut être limitée en limitant la densité d'utilisation du sol (comme le nombre de maisons par acre dans une subdivision), mais cette approche fait en sorte que des terrains ailleurs (à l'extérieur de la subdivision) soient aménagés. (Voir l'étalement urbain.) Alternativement, les structures urbaines peuvent être construites différemment pour les faire fonctionner plus comme des sols naturellement perméables; Des exemples de telles structures alternatives sont les chaussées poreuses, les toitures végétales et les bassins d'infiltration.

L'eau de pluie provenant des surfaces imperméables peut être recueillie dans des réservoirs d'eau de pluie et utilisée à la place de l'eau de distribution.

En partie en réponse aux récentes critiques des municipalités, un certain nombre de fabricants de béton, comme CEMEX et Quikrete, ont commencé à produire des matériaux perméables qui atténuent en partie l'impact environnemental du béton imperméable conventionnel. Ces nouveaux matériaux sont composés de diverses combinaisons de solides d'origine naturelle, y compris des roches et des minéraux fins à grossiers, de la matière organique (y compris les organismes vivants), de la glace, des roches et des précipités altérés, des solutions principalement liquides et des gaz.[3].

Pourcentage d'imperméabilité[modifier | modifier le code]

Le pourcentage d'imperméabilité, (percentage imperviousness - PIMP) dans les calculs, est un facteur important lorsqu'on considère le drainage de l'eau. Il est calculé en mesurant le pourcentage d'une zone de captage constituée de surfaces imperméables telles que les routes, les toits et autres surfaces pavées. Une estimation de PIMP est donnée par PIMP = 6.4J ^ 0.5 où J est le nombre de logements par hectare (Butler et Davies 2000). Par exemple, les terres boisées ont une valeur PIMP de 10%, alors que les zones commerciales denses ont une valeur PIMP de 100%. Cette variable est utilisée dans le Flood Estimation Handbook.

Graphique de la couverture de surface imperméable aux États-Unis.[4][5]

Homer et al. (2007) indiquent qu'environ 76% des États-Unis limitrophes sont classés comme ayant moins de 1% de couverture imperméable, 11% avec une couverture imperméable de 1 à 10%, 4% avec une couverture imperméable estimée de 11 à 20% , 4,4 pour cent avec une couverture imperméable estimée de 21 à 40 pour cent, et environ 4,4 pour cent avec une couverture imperméable estimée supérieure à 40 pour cent.[4][5].

Surface totale imperméable.[modifier | modifier le code]

La zone totale imperméable (TIA) peut être exprimée en fraction (de zéro à un) ou en pourcentage. Il existe de nombreuses méthodes pour estimer l'EIT, y compris l'utilisation de l'ensemble de données sur la couverture terrestre nationale (NLCD)[6] avec un système d'information géographique, les catégories d'utilisation des terres avec des estimations TIA catégoriques, un pourcentage généralisé de zones développées et les relations entre la densité de population et l'AIT.;

L'ensemble de données de surface imperméable de la NLCD des États-Unis peut fournir un ensemble de données sur la couverture terrestre de haute qualité et cohérent à l'échelle nationale dans un format prêt pour le SIG qui peut être utilisé pour estimer la valeur du TIA. La NLCD quantifie constamment le TIA anthropique pour le NLCD à une résolution de 30 mètres (900 m2) dans toute la Nation. Dans l'ensemble de données, chaque pixel est quantifié comme ayant une valeur TIA comprise entre 0 et 100%. Les estimations TIA faites avec l'ensemble de données de surface imperméable NLCD représentent une valeur TIA agrégée pour chaque pixel plutôt qu'une valeur TIA pour une caractéristique individuelle imperméable. Par exemple, une route à deux voies dans un champ herbeux a une valeur TIA de 100 pour cent, mais le pixel contenant la route aurait une valeur TIA de 26 pour cent. Si la route chevauche (également) la limite de deux pixels, chaque pixel aura une valeur TIA de 13%. L'analyse de la qualité des données de l'ensemble de données de la NLCD 2001 avec des zones d'échantillon TIA délimitées manuellement indique que l'erreur moyenne du TIA prévu par rapport au TIA réel peut varier de 8,8 à 11,4%.;

Les estimations de la TIA à partir de l'utilisation des terres sont faites en identifiant les catégories d'utilisation des terres pour les grands blocs de terres, en additionnant la superficie totale de chaque catégorie, et en multipliant chaque zone par un coefficient TIA caractéristique. Les catégories d'utilisation des terres sont généralement utilisées pour estimer le TIA, car les zones ayant une utilisation commune des terres peuvent être identifiées à partir d'études de terrain, de cartes, d'informations de planification et de zonage et d'images à distance. Les méthodes de coefficient d'utilisation des terres sont couramment utilisées parce que les cartes de planification et de zonage qui identifient des zones similaires sont de plus en plus disponibles dans des formats SIG. De plus, les méthodes d'utilisation des terres sont choisies pour estimer les effets potentiels du développement futur sur les EIT avec des cartes de planification qui quantifient les changements prévus dans l'utilisation des terres.[7] Il y a des différences substantielles dans les estimations TIA actuelles et estimées provenant de différentes études dans la littérature. Les termes comme faible densité et haute densité peuvent différer selon les zones.[8] Une densité résidentielle d'un demi-acre par maison peut être classée comme une densité élevée dans une zone rurale, une densité moyenne dans une zone suburbaine et une faible densité dans une zone urbaine. Granato (2010) fournit un tableau avec des valeurs TIA pour différentes catégories d'utilisation des terres à partir de 30 études dans la littérature.;

Le pourcentage de zone développée (PDA) est couramment utilisé pour estimer le TIA manuellement en utilisant des cartes. Le Consortium de caractéristiques des terres à résolution multiple (MRLCC) définit une zone développée comme étant couverte par au moins 30% de matériaux construits[9]). Southard (1986)[10] zones non aménagées définies comme développement résidentiel naturel, agricole ou dispersé. Il a développé une équation de régression pour prédire l'AIT en utilisant le pourcentage de superficie développée (tableau 6-1). Il a développé son équation en utilisant la fonction de puissance logarithmique avec des données de 23 bassins dans le Missouri. Il a noté que cette méthode était avantageuse parce que les grands bassins pouvaient être rapidement délimités et l'AIT estimée manuellement à partir des cartes disponibles. Granato (2010) développé une équation de régression en utilisant les données de 262 bassins fluviaux dans 10 régions métropolitaines des États-Unis contigus avec des aires de drainage allant de 0,35 à 216 miles carrés et des valeurs de PDA allant de 0,16 à 99,06%.;

Le TIA est également estimé à partir des données de densité de population en estimant la population dans une zone d'intérêt et en utilisant des équations de régression pour calculer le TIA associé. Les données sur la densité de population sont utilisées parce que des données de bloc de recensement cohérentes à l'échelle nationale sont disponibles dans des formats SIG pour l'ensemble des États-Unis. Les méthodes de densité de population peuvent également être utilisées pour prédire les effets potentiels du développement futur. Bien qu'il puisse y avoir des variations importantes dans les relations entre la densité de population et l'AIT, la précision de ces estimations tend à s'améliorer avec l'augmentation de la surface de drainage à mesure que les variations locales sont moyennées. Granato (2010) fournit un tableau avec 8 relations de densité de population de la littérature et une nouvelle équation développée en utilisant les données de 6 255 bassins de cours d'eau dans l'ensemble de données GAGESII de l'USGS.[11] Granato (2010) fournit également quatre équations pour estimer le TIA à partir de la densité du logement, qui est liée à la densité de population.;

Zone naturelle imperméable[modifier | modifier le code]

Les zones imperméables naturelles sont définies ici comme des couvertures du sol qui peuvent contribuer à une quantité importante d'écoulement d'orage (stormflow) lors de petits ou gros orages, mais qui sont généralement classées comme des zones perméables. Ces zones ne sont généralement pas considérées comme une source importante d'écoulement des eaux pluviales dans la plupart des études sur la qualité des eaux de ruissellement des routes et des zones urbaines, mais elles peuvent produire une quantité importante d'écoulement des eaux pluviales. Ces zones imperméables naturelles peuvent comprendre de l'eau libre, des zones humides, des affleurements rocheux, des sols stériles (sols naturels à faible imperméabilité) et des zones de sols compactés. Les zones imperméables naturelles, en fonction de leur nature et des conditions antécédentes, peuvent produire un écoulement d'orage à partir d'un excès d'infiltration, d'un écoulement de surface, d'un écoulement de surface saturé ou de précipitations directes. Les effets des zones imperméables naturelles sur la production d'eaux de ruissellement devraient être plus importants dans les zones où le TIA est faible que dans les zones très développées.

Le NLCD[12] fournit des statistiques sur la couverture des terres qui peuvent être utilisées comme une mesure qualitative de la prévalence de différentes couvertures de terres qui peuvent agir comme des zones naturelles imperméables. L'eau libre peut agir comme une zone naturelle imperméable si les précipitations directes sont acheminées à travers le réseau de canaux et arrivent en tant que flux d'orage sur le site intéressé. Les zones humides peuvent agir comme une zone imperméable naturelle pendant les tempêtes lorsque le rejet des eaux souterraines (Le rejet des eaux souterraines - groundwater discharge - est le terme utilisé pour décrire le mouvement des eaux souterraines du sous-sol vers la surface.) et la saturation des eaux de surface (water discharge and saturation overland flow - Cela se produit lorsque le taux de précipitations sur une surface dépasse la vitesse à laquelle l'eau peut s'infiltrer dans le sol) représentent une proportion substantielle des eaux d'orage (stormflow). Le sol aride dans les zones riveraines peut agir comme une zone imperméable naturelle pendant les tempêtes parce que ces zones sont une source d'infiltration excessive des écoulements terrestres. Les zones apparemment perméables qui ont été affectées par les activités d'aménagement peuvent agir comme des zones imperméables et générer un excès d'infiltration par voie de terre. Ces écoulements d'orage (stormflows) peuvent se produire même pendant les orages qui ne répondent pas aux critères de volume ou d'intensité de précipitations pour produire un ruissellement basé sur les taux d'infiltration nominaux.;

Les zones perméables développées peuvent se comporter comme des zones imperméables parce que l'aménagement paysager et l'utilisation ultérieure ont tendance à compacter les sols et à réduire les taux d'infiltration. Par exemple, Felton et Lull (1963)[13] ont mesuré un taux d'infiltration pour les sols forestiers et les pelouses indiquant une réduction potentielle de 80% de l'infiltration résultant des activités d'aménagement. De même, Taylor (1982) a effectué des tests d'infiltrométrie dans les zones avant et après le développement des banlieues et a noté que l'altération de la terre végétale et le compactage par les activités de construction réduisaient les taux d'infiltration de plus de 77%.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ Cappiello, Dina. "Report: EPA Failing to stop Sprawl Runoff." Seattle Times, 16 Oct. 2008
  2. ↑ Schueler, Thomas R. "The Importance of Imperviousness." « https://web.archive.org/web/20090227110104/http://www.cwp.org/Resource_Library/Center_Docs/PWP/ELC_PWP1.pdf »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?), Reprinted in The Practice of Watershed Protection. « https://web.archive.org/web/20081223004441/http://www.cwp.org/Store/guidance.htm »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?), 2000. Center for Watershed Protection. Ellicott City, MD.
  3. ↑ Rosenberg, Carter, 2006, Anti-Impervious Surfaces: The Ecological Impact of Concrete Alternatives, Troy, NY: Luminopf Press.
  4. ↑ a et b Homer, C., Dewitz, J., Fry, J., Coan, M., Hossain, N., Larson, C., Herold, N., McKerrow, A., VanDriel, J.N., and Wickham, J., 2007, Completion of the 2001 National land cover database for the conterminous United States: Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 73, no. 4, p. 337-341.
  5. ↑ a et b Granato, G.E., 2010, Overview of Methods Used to Estimate Imperviousness in a Drainage Basin Appendix 6 in Methods for development of planning-level estimates of stormflow at unmonitored sites in the conterminous United States: Federal Highway Administration, FHWA-HEP-09-005 "Available on-line." « https://web.archive.org/web/20150906124839/http://webdmamrl.er.usgs.gov/g1/fhwa/SELDM.htm »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?),
  6. ↑ National Land Cover Data Set (NLCD)
  7. ↑ Cappiella, K., and Brown, K., 2001, Land use and impervious cover in the Chesapeake Bay region: Watershed Protection Techniques, v. 3, no. 4, p. 835-840.
  8. ↑ Hitt, K.J., 1994, Refining 1970's land use data with 1990 population data to indicate new residential development: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 94-4250, 15 p.
  9. ↑ U.S. Environmental Protection Agency, 2009, National Land Cover Data (NLCD) Classification Schemes "Available on-line"
  10. ↑ Southard, R.E., 1986, An alternative basin characteristic for use in estimating impervious area in urban Missouri basins: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 86-4362, 21 p.
  11. ↑ Falcone, James, Stewart, J., Sobieszczyk, S., Dupree, J., McMahon, G., and Buell, G., 2007, A comparison of natural and urban characteristics and the development of urban intensity indices across six geographic settings: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2007-5123, 43 p.
  12. ↑ U.S. Geological Survey, 2007, The USGS Land Cover Institute NLCD land cover statistics database--View the NLCD land cover statistics database "Available on line"
  13. ↑ Felton, P.M., and Lull, H.W., 1963, Suburban hydrology can improve watershed conditions: Journal of Public Works, v. 94, p. 93-94.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Butler, D. and Davies, J.W., 2000, Urban Drainage, London: Spon.
  • Ferguson, Bruce K., 2005, Porous Pavements, Boca Raton: CRC Press.
  • Frazer, Lance, 2005, Paving Paradise: The Peril of Impervious Surfaces, Environmental Health Perspectives, Vol. 113, No. 7, pg. A457-A462.
  • U.S. Environmental Protection Agency. Washington, DC. "After the Storm." Document No. EPA 833-B-03-002. January 2003.

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