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Conception générale des éléments d'un système BVF
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générale des éléments d'un système
BVF |
| Lignes directrices visant la conception des éléments d'un système BVF | | Démarche de conception | Études de cas | Tableaux de calcul | Glossaire | | Table des matières | 2. Conception générale des éléments d'un système BVF
2.1 Description des éléments d'un système BVFUn système BVF se compose d'un ensemble d'éléments qui remplissent collectivement les principales fonctions suivantes :
La figure 2.1 présente les divers éléments d'un
système BVF et leurs configurations possibles. Chaque élément
fait l'objet d'une description détaillée dans la présente
section. Figure 2.1 Éléments types d'un système BVF 2.1.1 Aire de captageL'aire où sont produites et captées les eaux de ruissellement est appelée " aire de captage ". L'effluent est produit lorsque l'eau de pluie tombe dans l'aire de stockage du fumier ou l'enclos et commence à entraîner hors de celle-ci ou de celui-ci des éléments nutritifs et des contaminants dissous ou en suspension. L'effluent peut également être produit par l'eau servant à nettoyer les enclos. Le présent guide de conception ne vise que les aires de captage associées à des enclos ou à des installations permanentes de stockage de fumier solide qui :
Les aires de captage doivent être faites d'une surface non poreuse (comme le béton) et étanche à l'eau. Une aire de captage dont la surface non poreuse comporte des imperfections devra être corrigée avant de pouvoir être jugée convenable comme aire de captage. Ainsi, on peut devoir obturer les fissures d'une surface avec un matériau d'étanchéité à base de béton de polymère ou rendre étanche une surface à l'aide d'un scellant à base de silicone. Les aires de captage dont la surface est en terre doivent être revêtues d'un matériau non poreux pour être jugées convenables à la gestion des eaux de ruissellement au moyen d'un système BVF. Pour qu'un système BVF donne les résultats escomptés, il est indispensable de gérer le fumier se trouvant dans l'enclos ou dans l'installation permanente de stockage du fumier solide. L'éleveur doit enlever périodiquement le fumier des enclos extérieurs. Si le fumier se trouve dans une installation permanente de stockage de fumier solide, l'éleveur doit placer correctement le fumier solide dans l'aire de captage, c'est-à-dire en concentrant autant que possible le tas de fumier au haut de la pente et loin de l'aire de stockage des eaux de ruissellement. 2.1.2 Bassin de stockage-décantationLe présent guide décrit deux manières possibles de stocker les eaux de ruissellement qui sont produites dans l'aire de captage. Le bassin de stockage des eaux de ruissellement peut être soit intégré à l'enclos ou à l'installation permanente de stockage de fumier solide, soit en être séparé, comme il est décrit dans les paragraphes qui suivent.
Le bassin de stockage sert également à faciliter la décantation des matières grossières présentes dans les eaux de ruissellement. La décantation est réalisée en gardant les eaux de ruissellement dans l'aire de stockage pendant une durée de rétention minimale, ce qui permet aux matières solides de se déposer sous l'effet de la pesanteur. Suivant les deux solutions (bassin intégré ou externe), il faut prévoir une durée de rétention minimale de 15 minutes durant les débits de pointe (les eaux de ruissellement doivent être maintenues dans l'aire de stockage pendant au moins 15 minutes pour permettre aux matières solides de se déposer). Dans une installation permanente de stockage de fumier solide, le volume de stockage doit tenir compte de la perte de volume de stockage due à la présence de fumier solide. Si une partie importante de l'aire de stockage du fumier solide est occupée par le fumier, il faut prévoir un volume de stockage additionnel pour compenser la perte de volume pouvant être consacré au stockage des eaux de ruissellement. Il faut nettoyer périodiquement l'aire de stockage du fumier si l'on veut réduire les risques de débordement dus à une accumulation excessive de fumier. Un tel débordement serait considéré comme un déversement, et le propriétaire foncier pourrait faire l'objet de poursuites de la part d'organismes de réglementation. L'éleveur peut réaliser des économies importantes lorsque le bassin de stockage des eaux de ruissellement est intégré à l'enclos ou à l'installation permanente de stockage de fumier solide. En principe, les coûts des investissements liés à la construction de murs de retenue intégrés à l'aire de captage sont faibles comparativement aux coûts des investissements liés à la construction d'un nouveau bassin de stockage-décantation externe en béton ou en terre, qui doit être conçu pour limiter, en tant qu'élément d'un système BVF, toute répercussion sur les eaux superficielles et souterraines. La solution du bassin externe est sensiblement plus rentable si on utilise une structure déjà en place pour autant que celle-ci se trouve en aval de l'aire de captage et convienne à l'accumulation des eaux de ruissellement. Il est impossible d'entrer avec de la machinerie dans un bassin en terre pour en faire la vidange. Il faut utiliser une pelle rétrocaveuse pour enlever les boues. Le système intégré est celui qui est le plus pratique pour assurer le stockage des eaux de ruissellement. 2.1.3 Réseau de captage-évacuation Le réseau de captage-évacuation, situé au plus bas point de l'aire de captage, sert de point d'évacuation de l'effluent. On dit que le bassin de stockage-décantation est intégré quand il est délimité par des murs de retenue érigés à même l'aire de captage. Ce type de bassin comprend un diaphragme et un drain de sortie qui régularisent l'écoulement de l'effluent vers le puisard. D'ordinaire, le bassin de captage-évacuation se compose de quatre principaux éléments :
Lorsque la zone d'infiltration est adjacente au bassin de stockage-décantation intégré, il est possible de ménager un ou plusieurs drains directement dans les murs de retenue. Il faut installer ces drains à la base des murs de retenue, au point de captage le plus bas. Positionner les grilles en amont du ou des drains. Relier ces derniers directement au canal de transfert lui-même relié au canal d'épandage au sommet de la zone d'infiltration. Si le bassin de stockage-décantation est externe, les eaux de ruissellement captées doivent d'abord être transférées dans le bassin de stockage-décantation. De l'aire de captage, l'effluent est simplement dirigé (par gravité) vers un point bas commun, puis transféré dans le bassin de stockage-décantation externe. L'effluent peut être transféré par un tuyau ou un canal de transfert vers le bassin externe. Dans tous les cas, le système de transfert doit être conçu pour évacuer un volume d'écoulement provenant de l'aire de captage correspondant au débit de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à récurrence de 25 ans. Une seule grille grossière (c. à d. grille en bois du genre clôture en lattes verticales) doit être installée à la sortie de l'aire de captage pour empêcher les débris grossiers d'entrer dans le bassin de stockage-décantation externe. En général, il faut entourer la totalité ou une partie de l'aire de captage d'un réseau de bordures et de caniveaux, d'un fossé d'interception ou d'une digue standard. Le bassin de stockage-décantation externe peut être situé en contrebas de l'aire de captage, l'écoulement se faisant alors par simple gravité, à condition que la pente soit suffisante. Lorsque la pente n'est pas suffisante, il faut parfois pomper l'effluent depuis le point de captage jusqu'au bassin de stockage-décantation externe. Dans ce cas, il faut aménager un puisard permettant de loger une pompe, et il faut dégriller les matières solides à la sortie de l'aire de captage. L'effluent évacué par le drain de sortie du bassin de stockage-décantation externe est acheminé vers un puisard. Celui-ci doit être adjacent au point le plus bas du bassin de stockage, sous le niveau du sol, afin qu'il puisse être utilisé à longueur d'année. Le puisard doit être assez grand pour loger un siphon ou une pompe et en permettre l'entretien. Veiller à installer un verrou sur le panneau d'accès du puisard. La pompe utilisée doit convenir à des particules grossières, comme c'est le cas des pompes à eau d'égout (p. ex. pompe à vis, pompe centrifuge). Il est possible d'employer différents types de puisards préfabriqués qui sont offerts sur le marché en différents matériaux (béton, métal, plastique, fibre de verre, etc.). La fonction du tuyau de transfert est d'acheminer l'effluent depuis le puisard jusqu'au tuyau ou au canal d'épandage, d'où il s'écoulera sur la zone d'infiltration. L'écoulement dans le tuyau de transfert peut se faire par gravité (à l'aide d'un siphon) ou par pompage. Écoulement par gravité dans un tuyau de transfert Le recours à l'écoulement par gravité dépend de la différence d'élévation entre le point de sortie du puisard et les orifices d'écoulement du tuyau d'épandage, au sommet de la zone d'infiltration. Le dénivelé doit être suffisant pour que l'effluent s'écoule dans le tuyau de transfert à une vitesse d'au moins 0,6 m/s (2,0 pi/s), afin d'éviter que les matières solides ne s'y déposent. Si le dénivelé est insuffisant, il faut recourir au pompage. Faute d'un dénivelé suffisant, la grande majorité des systèmes BVF ont recours, non pas à la gravité, mais au pompage pour acheminer l'effluent vers la zone d'infiltration. Quand le dénivelé est important, il est recommandé d'installer un siphon pour assurer le dosage de l'écoulement du puisard à la zone d'infiltration. Les siphons fonctionnent uniquement avec de l'air, la pression d'eau et la gravité. Le dosage de l'écoulement réduit le risque de dépôt de matières solides dans le tuyau lors des épisodes de pluie de faible intensité, et assure une meilleure répartition de l'effluent sur toute la largeur de la zone d'infiltration, ce qui favorise un écoulement en nappe uniforme. Il existe sur le marché plusieurs systèmes de dosage automatiques et dispositifs à flotteurs au point de rejet qui conviennent à ce type d'application particulière. Il faut surveiller et entretenir périodiquement ces systèmes pour assurer la fiabilité à long terme de leur rendement. Écoulement par gravité dans un canal de transfert Il est possible d'aménager un canal de transfert entre l'aire de stockage des eaux de ruissellement et la zone d'infiltration, si les conditions suivantes sont réunies :
Le recours à un canal de transfert enherbé comporte certains avantages qui peuvent réduire de façon marquée les coûts liés à la construction d'un système BVF. Cependant, de nombreuses contraintes liées à l'utilisation et à l'entretien viennent pondérer les économies réalisées. Le canal de transfert doit parfois être doté d'un revêtement qui empêche toute infiltration vers les eaux souterraines. La pente du canal de transfert doit être suffisante pour assurer un écoulement convenable, à défaut de quoi, des matières solides se déposeront et devront occasionnellement être enlevées. Si la pente est excessive, il faut s'attendre à devoir déployer passablement d'efforts pour mettre en place des mesures de dissipation de l'énergie (p. ex. enrochement) destinées à protéger le canal de transfert contre l'érosion. La couverture de glace peut par ailleurs rendre le canal inopérant sous les conditions qui règnent au début et à la fin de l'hiver. Un canal d'épandage doit être aménagé dans le prolongement du canal de transfert (au sommet de la zone d'infiltration) pour favoriser un écoulement en nappe continu. Écoulement par pompage S'il y a pompage, l'effluent s'écoule sous pression dans le tuyau de transfert entre le puisard et le tuyau d'épandage. On choisit en général une pompe submersible qu'on place à une profondeur suffisante dans le puisard pour garantir la hauteur d'eau nécessaire à son bon fonctionnement et la protéger du gel. La pompe doit être prévue pour un effluent renfermant des particules allant jusqu'à 5,0 cm (2 po), comme c'est le cas des pompes d'eaux d'égout qu'on trouve généralement sur le marché (p. ex. pompes à vis, pompes centrifuges). La pompe doit maintenir la vitesse d'écoulement en deçà de 1,5 m/s (5 pi/s). Il s'agit de trouver l'équilibre entre le débit nécessaire à la sortie du bassin de stockage et la différence de charge hydraulique entre le point d'entrée de l'effluent dans la pompe et la sortie du tuyau d'épandage. Les conditions de gel hivernal doivent être prises en considération dans la conception de l'un ou l'autre type de réseau de transfert. Il faut installer le tuyau de transfert sous la profondeur de gel pour qu'il puisse être utilisé à longueur d'année. 2.1.6 Tuyau d'épandageLe tuyau d'épandage a pour fonction de répartir uniformément l'effluent provenant du bassin de captage-évacuation sur toute la largeur de la partie supérieure de la zone d'infiltration de manière à favoriser un écoulement en nappe. L'effluent provenant du tuyau de transfert est dirigé vers le tuyau d'épandage qui longe toute la largeur de la zone d'infiltration. Il faut surélever le tuyau d'épandage par rapport à la zone d'infiltration, et protéger le sol sous-jacent de l'érosion au moyen de blocs parapluies. L'effluent provenant du tuyau de transfert se trouve réparti par une série d'orifices d'écoulement pratiqués sur toute la longueur du tuyau d'épandage. Si la pente est insuffisante pour surélever le tuyau d'épandage, un canal rempli de gravier doit être aménagé au sommet de la zone d'infiltration. Ce type d'aménagement convient lorsque le bassin de stockage des eaux de ruissellement est constitué par des murs de retenue et est adjacent à la zone d'infiltration. 2.1.7 Blocs parapluiesDes blocs parapluies ou blocs anti-érosifs reçoivent le jet d'eau produit par l'écoulement à travers les orifices du tuyau d'épandage. Ces blocs absorbent l'énergie et répartissent l'effluent de manière à éviter la formation de rigoles ou de ravines. On utilise en général une dalle de béton (p. ex. une dalle de patio ou une douve) pour amortir le choc provoqué par le liquide qui sort du tuyau d'épandage. 2.1.8 Zone d'infiltrationLa zone d'infiltration est une bande de terre peuplée d'une
végétation dense qui est conçue pour absorber
100 % des eaux de ruissellement produites à l'occasion de l'épisode
de pluie nominal. La conductivité hydraulique du sol en milieu saturé est une mesure de la vitesse à laquelle l'eau s'infiltre dans le sol lorsque celui-ci est saturé (mouillé). La superficie et les dimensions minimales de la zone d'infiltration dépendent aussi de la pente du terrain et de la profondeur du volume d'écoulement sur la zone d'infiltration. Enfin, la superficie et les dimensions de la zone d'infiltration doivent aussi tenir compte de la charge liquide hebdomadaire maximale admissible. 2.2 Évaluation des caractéristiques du site influençant la conception d'un système BVFLa viabilité d'un système BVF dépend des caractéristiques qui sont propres à chaque site. Une évaluation de ces caractéristiques est nécessaire pour déterminer les paramètres de conception associés à certains éléments du système BVF. Cette information propre à la ferme est indispensable pour définir la configuration des éléments du système BVF. Voici une liste des données qui doivent être recueillies :
2.2.1 Caractéristiques de l'aire de captageIl est important d'évaluer les caractéristiques de l'aire qui produit les eaux de ruissellement. Voici comment procéder :
2.2.2 Caractéristiques de l'aire de stockageUne évaluation de l'enclos ou de l'installation permanente de stockage de fumier solide permet de déterminer si le bassin de stockage des eaux de ruissellement qui fait partie du système BVF peut être intégré aux structures existantes ou s'il doit s'agir d'un bassin externe. Voici comment procéder à cette évaluation :
2.2.3 Caractéristiques topographiquesLe relief du sol est une caractéristique topographique importante qui détermine si le système peut fonctionner par gravité ou si une pompe sera nécessaire pour transférer l'effluent du bassin de stockage-décantation jusqu'au sommet de la zone d'infiltration. Voici les données à recueillir :
2.2.4 Caractéristiques de la zone d'infiltrationOn se sert d'une série de critères de conception associés à des caractéristiques physiques bien précises de la ferme pour évaluer la superficie qui se prête à l'aménagement d'une zone d'infiltration. Cette évaluation débouche sur l'établissement d'une carte qui fait ressortir les endroits où l'aménagement d'une zone d'infiltration est envisageable et ceux où des contraintes en interdisent l'aménagement. Le tableau 2.1 passe en revue les caractéristiques du site et autres critères de conception à prendre en considération. Tableau 2.1 Évaluation d'un site comme zone d'infiltration possible
Établissement d'une carte des zones d'infiltration possibles Le producteur doit déterminer l'endroit qui convient le mieux
à la zone d'infiltration et la superficie maximale que celle-ci
peut occuper. Aux fins de la conception et de la tenue des registres,
il doit se procurer une photo aérienne et une carte du site
selon une échelle précise. Il peut se procurer une carte
de base, dite Ontario Base Map (OBM), qui a normalement une échelle
de 1/10 000 ou de 1/5 000, ou une carte du Système national
de référence cartographique du Canada qui a une échelle
de 1/50 000 et qui est distribuée par Énergie, Mines
et Ressources Canada. Pour se procurer les cartes OBM, qui sont distribuées
par le ministère des Richesses naturelles, il suffit d'appeler
le 1 800 667-1940. Figure 2.2 Exemple d'une carte des zones d'infiltration possibles | Haut de la page | Pour plus de renseignements :Sans frais : 1 877 424-1300 Local : 519 826-4047 Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca |
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