Les changements attendus dans le climat, dont l'augmentation de l'intensité des événements extrêmes, risquent d'entraîner une diminution du niveau de service des réseaux de drainage. Dès lors, des mesures d'adaptation doivent être mises en place afin de maintenir un niveau de service acceptable en climat futur dans un contexte de changements climatiques. Dans cette étude, le climat futur a été modélisé en considérant une augmentation de 15% de l'intensité des pluies de conception de type SEA et triangulaire pour les périodes de retour 2, 5, 10 et 20 ans à l'horizon 2040 - 2070. Le présent mémoire rend compte des résultats de simulation, à l'aide du logiciel SWMM 5.0, concernant l'évolution des performances en climat futur de deux secteurs urbains (un réseau unitaire et un réseau pluvial) par différents indices soit les indices inondation, infiltration, volume de surverse et volume à l'usine pour le réseau unitaire et les indices inondation, infiltration, ruissellement et débit de pointe à l'exutoire pour le réseau pluvial. Les résultats ont montré, pour le réseau unitaire, une augmentation des volumes de surverse pour toutes les périodes de retour en climat futur (par exemple, une augmentation de 19% a été notée pour une pluie de récurrence 10 ans). La mise en place de mesures d'adaptation sur ce réseau, telles le contrôle à la source et la rétention, a ensuite été analysée et a montré son efficacité dans l'amélioration des performances. Ainsi, les mesures de contrôle à la source se sont révélées efficaces pour des périodes de retour 2 ans et complémentaires au bassin de rétention en permettant une réduction de 7% de son volume de conception. Par ailleurs, il a été démontré qu'une faible capacité de traitement de l'usine ne permettait pas aux mesures de rétention de montrer leur plein potentiel. Pour le réseau pluvial, les changements climatiques se sont avérés avoir un impact plus important sur le débit de pointe que les conditions antérieures d'humidité.

Les ouvrages de gestion durable des eaux pluviales (GDEP) situés sur la rue Sainte-Claire à Rivière-du-Loup, au Québec, sont étudiés selon trois volets : l'hydraulique, la qualité de l'eau et le complexe plantes/substrat. Des cellules de biorétention, du pavé perméable et des chambres souterraines de rétention constituent les ouvrages étudiés qui gèrent les eaux pluviales de la rue Sainte-Claire et de trois rues perpendiculaires. Des équipements ont été installés entre juin 2020 et octobre 2021 poursuivre l'écoulement des eaux à plusieurs endroits du site. Le pavé perméable et le bassin de rétention, en série permettent de retarder de cinq minutes à plus d'une heure le débit de pointe et de le réduire jusqu'à 90 % pour les événements enregistrés, dont la récurrence est inférieure ou égale à deux ans. Le taux d'infiltration des interstices du pavé perméable est très élevé, même en hiver, lorsqu'un entretien est réalisé, mais chute drastiquement sinon : il varie entre 29,6 et 0,3 x 10³ mm/h. Les matières en suspension (MES) subissent un enlèvement médian de 78 %, allant jusqu'à 98 %, entre le ruissellement et la sortie du bassin. Le pavé perméable seul permet un enlèvement moyen de 68 % des MES. La conductivité électrique des eaux à la sortie du bassin après la période hivernale est très élevée, jusqu'à 741 μS/cm. Les ouvrages de GDEP n'influencent pas significativement les teneurs en azote et en phosphore totaux. Les végétaux des biorétentions présentent un taux de survie de près de 100 % et une résistance à la sécheresse, le tout sans entretien sauf pour la coupe automnale des graminées. Des taux de croissance moyens de 50 à 150 %/mois, selon l'espèce, ont été mesurés entre juin et juillet 2021. / Hydraulic, water quality, plant growth and substrate performance were studied for stormwater best management practices (BMP) installed in Rivière-du-Loup, Québec. They consist of bioretention cells, permeable pavement and underground basin which collect runoff water form Sainte-Claire Street as well as three other perpendicular streets. Water dynamic was monitored from June 2020 to October2021. Combined action of the permeable pavement and the retention basin reduced peak flow up to 90 % and delayed it from five minutes to more than an hour, for two years and less return period rainfalls. Surface infiltration rate of permeable pavement varies from 29.6 x 10³ (very high) to 0.3 x 10³ mm/h, depending on maintenance operations. Total suspended solids (TSS) were removed up to 98 % from runoff to the outfall, with a median value of 78 %. Average TSS removal for permeable pavement alone was 68 %. Electrical conductivity was very high in early spring, up to 741 μS/cm. BMP had no clear effect on total nitrogen and phosphorus content. Plant survival and drought resistance was high for plants located in retention cells, with minimal maintenance requirements.

Si les débordements de réseaux unitaires sont reconnues comme étant un facteur important de l'impact environnemental du traitement des eaux usées urbaines, l'efficacité de l'implantation de bassins de rétention (BR) comme solution n'en demeure pas moins un questionnement. En effet, de plus en plus d'études tendent à prouver que l'impact de la vidange des BR sur l'efficacité de traitement d'une usine, et donc l'impact sur l'environnement, peut être négatif. L'interdisciplinarité et l'échelle géographique et temporelle de la problématique rendent l'appréhension de la problématique difficile par la seule mesure "in situ". L'intégration de plusieurs modèles du système urbain d'eaux usées se révèle être un outil puissant dans ce contexte. La simulation de différents scénarios amène à mieux anticiper les problèmes liés à la gestion des eaux usées, en temps de pluie comme en temps sec. Par conséquent, les coûts économiques et écologiques associés soit à la mise en place de nouvelles infrastructures, soit à la prise de décision concernant les stratégies de gestion du système, peuvent être optimisés. Il devient ainsi nécessaire de produire des modèles performants décrivant la qualité des eaux tout au long de leur cheminement. Les données sur le comportement des polluants dans les bassin de rétention sont peu nombreuses et la caractérisation des eaux retournées à l'usine de traitement est rarement étudiée. Par conséquent, si les connaissances des phénomènes en jeu sont souvent supposées, leur observation reste assez rare. Une partie importante du projet a donc été consacrée à la réalisation d'une campagne d'échantillonnage. Ce type d'échantillonnage s'est révélé être un exercice complexe et très contraignant en raison de l'imprévisibilité des événements orageux. L'objectif de cette campagne était de récolter des données en entrée et en sortie de bassin de rétention, principalement en ce qui concerne la matière en suspension, la demande chimique en oxygène et la distribution des vitesses de chute. Les résultats ont montré des dynamiques typiques de vidange révélant une forme en "U" des concentrations en polluants. Cette forme souligne trois phases appelées "initiale, milieu et finale" où chacune est caractérisée par une fourchette de concentrations et une distribution de vitesses de chute de particule qui lui est propre. De manière plus générale, il a été observé que plus les concentrations en MeS augmentent, plus la distribution des vitesses de chute est "lourde". Ces données couplées à des mesures en temps sec dans le collecteur et dans un bassin de décantation ont permis de comprendre les phénomènes en jeu, les interactions possibles entre les systèmes, et d'établir une structure solide pour le modèle. La littérature scientifique contient un grand nombre d'études de modélisation de la qualité de l'eau concernant les procédés de traitement. Cependant, elle est moins riche oncernant la description de la qualité des eaux en réseau et assez pauvre concernant la description de la qualité des eaux stockées en réseau ou en bassin de rétention. Les quelques modèles de BR existants décrivent assez simplement la décantation et la resuspension, qui sont pourtant les phénomènes dominant de ces systèmes. Ces modèles ont rarement été validés avec des données réelles car ces phénomènes sont difficiles à observer et à quantifier. Le projet visait donc à développer un modèle de bassin de rétention décrivant le comportement de la matière en suspension et de la demande chimique en oxygène à l'effluent d'un bassin de rétention (retour des eaux à l'usine) de sorte qu'il soit compatible avec les modèles de boue activées de type ASM de VInternational Water Association. La description des phénomènes de décantation et de resuspension est basée sur un fractionnement en classes de particules ayant différentes vitesses de chute. Ce fractionnement est directement issu de mesures de terrain réalisées en vue d'observer la variation de la distribution des vitesse de chute. Les effets d'un puits de pompage sur la sédimentation et la resuspension sont aussi décrits. Deux événements récoltés ont servi à la calibration du modèle et un autre a été utilisé pour sa validation. Cette étape est d'importance car elle n'a jamais été réalisée sur un modèle de BR. L'objectif final du modèle était qu'il soit intégré dans un système plus global (réseau - usine - rivière). Différents scénarios de gestion des vidanges de bassins de rétention ont mis en évidence les interactions entre les différents sous-systèmes en termes de masse de MeS et de masse de classes de particules. En effet, l'étude de l'évolution de la distribution des vitesses de chute des particules le long de la chaine de l'eau peut être une information utile pour anticiper les problèmes au traitement secondaire. Par exemple, une plus grande fraction de particules ayant une forte vitesse de chute peut engendrer : 1) une augmentation du temps d'hydrolyse des particules dans un système par boues activée ; ou 2) un plus grand risque de colmatage des biofiltres. Une meilleure compréhension de ces interactions peut permettre la mise en place de règles d'opération et de contrôle plus efficaces pour diminuer l'impact des rejets d'eaux usées sur l'environnement.