Guide technique à l'implantation des zones tampons humides artificielles (ZTHA) pour réduire les transferts de nitrates et de pesticides dans les eaux de drainage. Version 3

Tournebize, J. ; Chaumont, C. ; Marcon, A. ; Molina, S. ; Berthault, D.

Type de document
Ouvrage technique/Guide technique
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA ANTONY UR HBAN FRA ; IRSTEA ANTONY UR HBAN FRA ; IRSTEA ANTONY UR HBAN FRA ; DDT SEINE ET MARNE FRA ; DDT SEINE ET MARNE FRA
Année
2015
Résumé / Abstract
Le guide technique rassemble le retour d’expérience de l’équipe d’Irstea en collaboration avec AQUI’Brie, lors de la mise en oeuvre de zones tampon s humides artificielles (ZTHA) en sortie de parcelles drainées. La mise en œuvre des ZTHA constitue une action complémentaire aux actions de réduction à la source de l’usage des polluants agricoles (nitrate et pesticides). Le guide présente dans une première partie, des rappels sur le fonctionnement du drainage agricole, et les principes d’une zone tampon humide artificielle. Une ZTHA est un élément du paysage en position tampon entre les parcelles agricoles (le réseau de drainage, dans notre cas) et le cours d’eau. La ZTHA est un bassin de type de rétention hydraulique d’une profondeur entre 0,5 et 1,3 m. En interceptant les flux d’eau chargée en polluants agricoles (nitrate ou pesticides), la ZTHA, un exemple d’ingénierie écologique, favorise leur épuration impliquant des processus naturels d’adsorption, de dégradation pour un temps de résidence qui est le f acteur clé de l’efficacité. Un objectif de 50% de réduction en flux est réaliste, avec une emprise foncière de l’ordre de 1% du bassin versant amont. Une configuration en série par rapport au réseau de drainage est la stratégie recommandée dans le cas des nitrates, tandis qu’une configuration en parallèle du réseau de drainage, est recommandée dans le cas des pesticides. Des solutions techniques pour gérer l’eau en entrée et en sortie de la ZTHA sont proposées à titre d’exemple. Par la recherche d’un compromis entre l’emprise foncière et une efficacité de 50%, un temps de séjour de 7 jours (stocker statistiquement une crue par semaine) est recommandé. Pour un objectif ciblé de réduction des transferts de pesticide, dans une configuration en parallèle du fossé d’assainissement agricole, cette contrainte nous conduit à proposer un dimensionnement moyen à l’échelle nationale des territoires drainés de 76m 3 /hectare drainé (min 25 m 3 /ha drainé à max 224 m 3 /ha drainé). Sur une base de 0,8 m de profondeur, cela correspond à une emprise foncière de 1% du bassin versant amont. Les calculs sont détaillés en annexe. Enfin des recommandations le type de végétation, maintenance, sont proposées. Ainsi il est souligné l’importance du diagnostic hydrologique (chemin d’écoulement et quantification des flux), de l’étude topographique (disposer de la dénivelée suffisante pour stocker entre 0,5 et 1,3 m d’eau), et de l’étude géotechnique (s’assurer de l’étanchéité de la couche de fond). En l’état actuel de la réglementation Loi sur l’eau et les milieux aquatiques, les ZTHA doivent être soit déclarées ou soit autorisées au titre de bassin de rétention hydraulique, selon leur dimension. Il est tout de même nécessaire de se rapprocher des services de police de l’eau du département. Le guide introduit ensuite la méthodologie de mise en œuvre en 7 étapes : avant pendant et après la construction : Étape 1 : Le diagnostic hydrologique - Étape 2 : La localisation - Étape 3 : La conception - Étape 4 : Réglementation et financement - Étape 5 : La construction - Étape 6 : La plantation - Étape 7 : La maintenance.
The technical guideline gathers feedbacks of experimental projects lead by Irstea in collaboration with AQUI’Brie. The experimental projects dealt with implementation of artificial buffer zones such as constructed wetlands at the outlets of a subsurface drained watershed. Constructed wetlands as non point sources pollution mitigation constitute a complementary tool to reduce agricultural polluants’ transfer through watershed. They have to be jointed to actions focusing on reducing agricultural polluants (nitrate and pesticides) application at p lot scale. The guideline introduces in a first part, some hydrological aspects about subsufarce drainage’s functioning, and some general concepts of constructed wetlands. A constructed wetland is a component of the landscape, located in a buffer place between cropping plots (subsurface drained network) and the receiving waterbodies. The constructed wetland looks like a storm water tank, with a water depth between 0.5 and 1.3 m. By intercepting water flows which transfer agricultural pollutants, the constructed wetland, as ecological engineering element, improves the natural processes of retention: sorption, degradation, denitrification. The natural efficiency of removal is strongly dependent on hydraulic residential time. An objective of 50% reduction in term of annual pollutants fluxes is realistic based on previous scientific results, considering only 1% of upstream watershed surface, dedicated to the restauration of constructed wetland. A on line strategy (directly linked to subsurface drained network) is recommended for the nitrate’s issue, whereas off-lin strategy (in parallel to the subsurface drained network) is recommended for pesticides’ issue. Technical solutions to manage inlet and outlet water flows through the constructed wetland are proposed as example. To look for a compromise between removal efficiency (50%) and land use of constructed wetland, a residential time of 7 days i s calculated statistically in order to store a flow event every week linked to hydrological functioning (water and pollutants’ dynamic) in drained watershed. This assumption leads to propose a constructed wetland design to a national average of 76m3 per drained connected hectare (min 25 m3 per drained hectare to a max. of 224 m3 per drained hectare depending to regional climatic and soil parameters) . Based on an average water depth of 0.8m, this volume corresponds to 1 hectare for the constructed wetland of 100 hectares of crop fields. The calculations are detailed in annex. Thus the guideline highlights three crucial points: the preliminary hydrological diagnosis (water pathway, and seasonal fluxes quantification), the topological survey (to insure to dispose of enough slope to dig until 0.5 to 1.3m deep), and the geotechnical survey (to insure that the bottom of the constructed wetland i s enough impervious). At least, some recommendations are given about vegetation and maintenance. Considering the current regulation and National Water Law, constructed wetland has to be declared or authorized according to their design threshold to the Water Police Service. The guideline introduces the methodology to set up constructed wetland at field scale (before, during and after the construction) into seven steps: Step 1 Hydrological Diagnosis – Step 2 Localization – Step 3 Design – Step 4 Regulation and Founding – Step 5 Construction – Step 6 Vegetation – Step 7 Maintenance.

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