Contexte et Finalité

Cadre règlementaire :
Directive cadre sur l’Eau 2000/60 CE
Directive Produits de construction 89/106/CEE
Quantifier les pressions exercées par le bâti (contamination métallique des eaux)
Orienter le choix des matériaux

Objectifs

– Caractériser et quantifier les émissions de métaux dans les eaux de ruissellement de toiture
– Hiérarchisation des matériaux de couverture au regard des contaminants émis
– Modéliser les flux émis à l’échelle du bâtiment puis d’une zone urbaine
Impact du bâti sur les flux de métaux émis par une zone urbaine

Méthodologie

Une approche multi échelle : du banc d’essai au bassin versant et multi-disciplinaire.

Résultats

La première partie du travail a consisté à développer et à exploiter, sur deux sites différents, des bancs d’essais expérimentaux d’1/2 m², testant 12 matériaux métalliques issus de 5 familles (zinc, cuivre, plomb, acier, aluminium), sous différentes mises en oeuvre (panneaux, gouttières, crochets de fixation).

L’analyse de 13 espèces métalliques dans ces eaux de ruissellement a permis :

– d’acquérir une importante base de données de taux de ruissellement annuels par les différents matériaux. Les taux de ruissellement annuels obtenus peuvent être assez importants, de l’ordre de plusieurs grammes par m² et par an pour les éléments constitutifs des matériaux.
Les émissions de zinc sont ainsi comprises entre 2,1 et 4,5 g. m-2 an-1 pour les matériaux en zinc,
les émissions de plomb peuvent atteindre plus de 15 g. m-2 an-1 pour les matériaux en plomb et les émissions de cuivre par des gouttières en cuivre sont comprises entre 0,42 et 0,63 g.ml-1 an-1 (ml : mètre linéaire).

– de hiérarchiser ces matériaux en fonction de leur potentiel polluant, à travers la définition d’un indice de contamination métallique permettant de tenir compte des différences de toxicité des métaux. On note ainsi que les matériaux les moins émissifs sont l’aluminium, l’acier inoxydable et l’acier
galvanisé prépeint. Suivent ensuite les matériaux à base de zinc, avec l’acier galvanisé, l’anthrazinc, le zinc naturel et le zinc ancien ; les cuivres et enfin les plombs. Il apparait que les traitements de surfaces – peinture, galvanisation, prépatinage – permettent de réduire les émissions métalliques
par les matériaux.

En vue de modéliser les émissions métalliques par les matériaux à différentes échelles de temps, un travail d’identification des paramètres influant sur les flux émis a été réalisé, conduisant à la conclusion que la hauteur de pluie, ainsi que la durée d’exposition sont des paramètres fondamentaux. A partir de ces
paramètres, différentes modélisations à une échelle de temps courte ont été testées, montrant que la hauteur de pluie seule ne suffit pas à modéliser les émissions sur quelques semaines, un modèle plus complexe, basé sur une hypothèse d’accumulation / dissolution de produits de corrosion à la surface des matériaux donne des résultats satisfaisant.

Le travail d’extrapolation spatiale des résultats de ruissellement obtenus sur les bancs d’essais s’est basé sur une autre série d’expérimentation, d’abord sur bancs d’essais conduisant à la conclusion que la longueur d’écoulement n’a pas d’influence sur la masse de métal entrainée dans le ruissellement, qui peut être calculée à partir de la hauteur de pluie, de la surface projetée et de l’inclinaison du panneau (qui peut globalement être négligée quand elle est inférieure à 50°) ; puis à l’échelle de toits réels qui ont permis de
valider les résultats obtenus.

La quantification des surfaces de rampants à l’échelle d’un bassin versant a été effectuée grâce à un outil de classification d’image basé sur l’analyse de la radiométrie des matériaux à partir d’une photo aérienne. Les résultats obtenus sont encourageants, avec environ 75 à 80% des toits qui bien classés à l’issue de la classification. Les principales erreurs reposent sur des confusions de l’outil entre des matériaux de radiométries voisines (ardoise / zinc par exemple, qui peuvent être proches en fonction du degré
d’ensoleillement).

Un travail exploratoire a été mené pour la prise en compte des éléments singuliers – généralement en métal – des toitures, à partir de l’utilisation des documents techniques unifiés. L’évaluation des surfaces métalliques concernées s’est avérée délicate à mettre en oeuvre de façon automatique du fait des petites dimensions de ces éléments, non visibles sur une photo aérienne.