Contribution des matériaux de couverture à la contamination métallique des eaux de ruissellement

Contribution des matériaux de couverture à la
contamination métallique des eaux de ruissellement

Des bancs d’essais : une solution pratique pour tester plusieurs matériaux simultanément

Contrairement à ce qui est généralement réalisé lors des études de relargage des métaux par des matériaux, l’idée est ici de rechercher un large panel d’espèces métalliques afin de créer des spectres d’émissions des différents matériaux. A partir de l’étude du marché des matériaux de couvertures, une douzaine de matériaux ont été choisis pour ces tests et des bancs d’essais ont été conçus et construits. Le travail sur banc d’essais présente plusieurs avantages, tant d’un point de vue pratique que concernant la représentativité et la fiabilité des résultats obtenus : 1. Les bancs présentant des surfaces relativement petites comparées à la surface d’un toit réel, les temps d’exposition peuvent être importants, ce qui permet d’éviter les contraintes liées à une fréquence d’échantillonnage trop importante. 2. La qualité des matériaux testés est totalement maîtrisée, ce qui est important et très difficile à faire sur des toits réels, notamment en ce qui concerne l’âge des matériaux. 3. Compte tenu des petites surfaces de matériaux exposées, la totalité des eaux peut être collectée, permettant d’obtenir des sous échantillons représentatifs de l’ensemble des précipitations et donc des flux annuels émis plus précis. 4. Différentes maquettes (et donc différents types de matériaux) sont concentrées sur un même site et sont alors toutes exposées aux mêmes conditions climatiques : mêmes températures, taux d’humidité, temps d’ensoleillement et bien sûr, mêmes quantités de précipitations. Les émissions des matériaux peuvent donc être comparées directement entre elles, permettant la réalisation d’une hiérarchisation de ces matériaux en fonction de leur potentiel émissif. 5. Ce mode d’acquisition de données permet également de tester les différents matériaux dans plusieurs types d’usage (rampant, gouttières, crochets de fixation), et d’évaluer ainsi des taux annuels de ruissellement par m2 (pour les matériaux testés sous forme de rampant), mais aussi par mètre linéaire (pour les gouttières). Ces informations sont importantes pour la suite du projet TOITEAU dont l’objectif final vise à estimer les émissions des matériaux par les toitures à l’échelle d’un bassin versant, tenant compte au maximum des nombreux éléments singuliers réalisés avec des matériaux métalliques. 6. Enfin, il est assez aisé de récupérer des morceaux de matériau sur ces maquettes afin de réaliser des observations microscopiques des surfaces et de confronter les informations obtenues aux résultats issus de l’étude des eaux de ruissellement, permettant de mieux appréhender à la fois la composition initiale des matériaux et leur processus de vieillissement.

Conception des bancs d’essais

Rappel de l’objectif du dispositif expérimental

La base de données de taux de ruissellement annuels pour plusieurs matériaux de couverture qui doit être créée, doit être établie dans le contexte météorologique et climatique de l’Ile-de-France et prendre en compte : 1. un large spectre de matériaux utilisés dans ce contexte géographique, 2. les émissions des matériaux en fonction de leur mise en œuvre, 3. les variations possibles des taux de ruissellement mesurés en fonction des caractéristiques de l’atmosphère d’exposition. Les bancs d’essais ont donc été pensés dans le but de satisfaire à ces exigences. Les matériaux ont été Chapitre 2.1 : Travail sur bancs d’essais : pourquoi et comment ? Matériaux de couverture et contamination métallique des eaux pluviales urbaines 113 sélectionnés grâce aux résultats d’une étude de marché (MSI Marketing Research for Industry Ltd, 2006) sur l’utilisation des différents matériaux de couverture en Ile-de-France ; et deux sites, présentant a priori des caractéristiques atmosphériques différentes,

Choix des sites d’études

Description

Le premier site d’exposition des bancs d’essais est situé à Créteil (Dpt. 94), sur une toiture terrasse (au niveau du 4ème étage) de la Faculté des Sciences de l’université Paris XII – Val de Marne. Il s’agit d’un site urbain assez dense, situé à une dizaine de kilomètres au sud-est de Paris, et soumis à diverses sources de pollution atmosphérique dues aux activités industrielles implantées aux alentours (incinérateur d’ordures ménagères, industries automobiles, plastiques, centrale thermique d’Ivry…), et au trafic routier et autoroutier important (A86, N6, N19…). D’autre part, cette partie de la région parisienne est soumise en partie, de part sa situation par rapport au vent dominant (venant principalement de l’ouest), à la pollution de l’agglomération parisienne. Le second est localisé sur le site du CSTB de Champs-sur-Marne (Dpt. 77), sur le toit terrasse d’un des bâtiments du site (au niveau du 2ème étage). Cette zone peut être qualifiée de péri-urbaine, avec un urbanisme peu dense (principalement pavillonnaire) et un trafic automobile plus limité. Néanmoins, il faut signaler que les activités menées à proximité immédiate par le CSTB peuvent apporter des contaminations atmosphériques ponctuelles (essais au feu notamment). Les vents en région parisienne arrivent principalement par l’ouest (AirParif, 2008a), il ne faut donc pas que les bancs soient orientés dans cette direction : cela pourrait entraîner une surestimation des mesures des taux de ruissellement. En effet, (Odnevall Wallinder et al., 2000) a établi que les matériaux exposés dans ces conditions reçoivent d’avantage d’eau de pluie, ce qui tend à surestimer les taux de relargage. Sur chacun des sites, les bancs sont donc orientés dans la même direction : face au sud-est.

Quels équipements ?

Sur chacun des sites, plusieurs paramètres sont suivis, dans le but d’établir des corrélations entre les taux de ruissellement et les conditions d’exposition des matériaux. Pluviométrie Le suivi de la pluviométrie est primordial : chaque site est donc équipé d’un pluviographe à augets basculeurs de marque Précis Mécanique. Celui de Créteil a une surface de captation de 400 cm2 (Réf. 3029, Figure 30) et celui de Champs-sur-Marne présente une surface de 1000 cm2 (Réf. 3032). Tous deux ont des augets correspondants à 0,2 mm d’eau précipitée. Une centrale d’acquisition collecte les données relatives à chaque basculement : à Créteil, un enregistrement a lieu à chaque basculement, notant précisément la date et l’heure (au dixième de seconde) ; tandis qu’à Champs-sur-Marne, le pluviographe est relié à une station météo qui enregistre des données toutes les 3 minutes, la seule information disponible est donc le nombre de basculements dans cet intervalle. La mesure effectuée est assez fiable à partir du moment où l’appareil est positionné dans un endroit à découvert, évitant les déficits de captation dus au vent ou à un masquage par les bâtiments. Concernant l’erreur effectuée sur la mesure de la hauteur de pluie, (Gromaire-Mertz, 1998) a estimé que l’incertitude de mesure est de ± 25% pour une pluie de 1mm, ± 12% pour une pluie de 3 mm et au maximum de ± 5% pour une pluie plus importante. Cette incertitude repose principalement sur le fait que l’état de remplissage du premier auget avant le début de la pluie n’est pas connu, de même que l’état de remplissage du dernier auget à la fin de l’évènement. Le pluviomètre installé à Champs-sur-Marne appartient au CSTB et celui de Créteil a été mis en place spécifiquement dans le cadre de ce travail. Dans tous les cas, la maintenance de ces appareils de mesure a été effectuée par nos soins. Cette maintenance consiste à vérifier que le dispositif de collecte n’est pas bouché et à vérifier le niveau de l’appareil. A Créteil, un bidon de collecte récupère l’eau captée par le pluviomètre, permettant un contrôle des enregistrements par rapport au volume de précipitation recueilli. Dans le cas où un écart supérieur à 5% est constaté entre le volume d’eau récupéré et la mesure effectuée, un étalonnage est réalisé. A Champs-sur-Marne, ce type de vérification n’a pas pu être réalisé. Figure 30 : Pluviomètre à Créteil Sur l’eau de pluie collectée à Créteil au niveau du pluviomètre, le pH a été mesuré, ainsi que les concentrations en anions, nous permettant de caractériser l’eau de pluie. Concentration en gaz atmosphériques Les concentrations atmosphériques en SO2, NO2 et O3 sont suivies sur chacun de nos sites. Après avoir étudié les différentes techniques existantes, notre choix s’est porté sur des échantillonneurs passifs commercialisés par IVL, un Institut Suédois de Recherche en Environnement (Figure 31). La technique d’échantillonnage est basée sur la diffusion moléculaire des gaz : les molécules de gaz se répandent dans l’échantillonneur où elles sont quantitativement accumulées sur un filtre imbibé ou un matériel adsorbant, permettant après analyse d’estimer une concentration intégrée en fonction du temps d’exposition. Après exposition, les échantillonneurs sont remis dans des boites hermétiques et renvoyés en Suède pour analyse. Ces échantillonneurs peuvent rester exposés de 1 à 6 semaines. Dans notre cas, ils sont changés à chaque échantillonnage et restent donc environ 4 à 5 semaines en place. Chapitre 2.1 : Travail sur bancs d’essais : pourquoi et comment ? Matériaux de couverture et contamination métallique des eaux pluviales urbaines 115 Afin de les protéger de la pluie, ces échantillonneurs sont positionnés tête en bas, sous une coupole métallique. Figure 31 : Echantillonneurs passifs Apports atmosphériques métalliques Les apports de l’atmosphère aux flux métalliques émis par les bancs d’essais sont évalués grâce à des panneaux en plexiglas, présentant les mêmes dimensions que les autres maquettes. Ces panneaux servent de référence pour mesurer le « bruit de fond » atmosphérique sur chacun de nos sites. Initialement, chaque site d’exposition disposait d’un seul banc témoin, un second a été installé après 4 mois d’acquisition de données afin d’affiner les résultats obtenus. Les apports atmosphériques mesurés ici prennent en compte indifféremment les retombées sèches et humides. III.3. Conception des maquettes Les bancs d’essais doivent permettre de tester deux types de paramètres : les premiers sont liés au matériau, les seconds aux conditions d’exposition. III.3.1. Paramètres liés au matériau Plusieurs caractéristiques des matériaux ont été prises en compte dans cette sélection : 1. Le type de matériau : zinc, acier… 2. L’âge du matériau : les alliages ayant évolué, il est important de pouvoir évaluer l’impact des matériaux encore en place actuellement. 3. L’emploi du matériau, afin de définir des taux de ruissellement par matériau et par type d’usage important. Finalement, 12 matériaux ont été retenus pour l’étude. Ces 12 matériaux sont répartis dans 5 grandes familles : zinc, plomb, acier, aluminium et cuivre. La suite de ce paragraphe s’attache à donner les caractéristiques, notamment en terme de composition et de traitements de surface de chacun des matériaux, ainsi que les différents types d’usage ayant été testés. Tous les produits neufs sont commercialisés par Umicore et tous répondent aux normes relatives à la composition des matériaux de Partie 2 : Emission de métaux par différents matériaux de toitures 116 couverture. Matériaux en zinc Trois matériaux en zinc ont été exposés, parmi lesquels deux zincs naturels et un zinc prépatiné. Le premier zinc naturel est un matériau neuf, il s’agit d’un alliage ZnCuTi (Ti: 0,06 à 0,2%; Cu: 0,08 à 1,0%, Al: 0,015% en masse). Le second zinc naturel est ancien, il a été récupéré auprès de couvreurs à Paris. La composition initiale du matériau ne nous est pas connue, il s’agit d’un alliage ancien, contenant très probablement du cadmium. Des feuilles et des chéneaux ont été utilisés, respectivement pour tester du rampant et des gouttières. Les feuilles ont été exposées pendant environ 35 ans Rue Lecourbe dans le 15ème arrondissement, tandis que les chéneaux proviennent de la Rue Coquillère dans le 1er arrondissement, où ils ont été utilisés pendant environ 40 ans. Le zinc prépatiné testé est un Anthra-Zinc (marque déposée appartenant à VM Zinc). La base est la même que pour le zinc naturel neuf, mais ce matériau a subi un traitement de surface consistant en une phosphatation chimique, qui correspond en fait à la réalisation industrielle d’une patine accélérée. Le traitement de surface occasionne donc la formation d’une mince couche de Zn3(PO4)2 sur une épaisseur d’environ 5µm. Le poids de cette couche de « prépatine » est de l’ordre de 4 à 6 g.m-2 et contient entre 1 et 2 % de nickel (données Umicore). Le nickel employé a pour rôle de renforcer la protection de la couche de phosphatation et donc la résistance du matériau à la corrosion10. Ce procédé de prépatinage donne au zinc un aspect patiné immédiat à travers une couleur gris anthracite, la patine évolue néanmoins dans le temps pouvant occasionner de légères modifications de couleur durant l’exposition. Matériaux en cuivre Un cuivre neuf et un cuivre ancien font partie des matériaux étudiés dans ce travail expérimental. Le matériau ancien a été récupéré chez un couvreur, il a été exposé auparavant pendant 20 à 25 ans, en Seine-et-Marne, en milieu péri-urbain. Matériaux en plomb Deux matériaux en plomb ont été exposés : le premier est un plomb neuf, acheté sous forme de closoirs prévu pour les étanchéités de faîtage. Les bandes de plomb ont été découpées avant d’être exposées. Le second plomb est ancien et nous a été fourni par le Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques11, il a été exposé pendant environ 50 ans en étanchéité sur un monument historique en région parisienne. La mise en œuvre est illustrée en Figure 32. 10 Le Quartz-Zinc, succinctement décrit dans le Chapitre 1.2. I.3.1. présente lui aussi une couche de phosphatation, un peu plus légère avec un poids de couche de 3 à 4 g.m-2 . 11 Laboratoire dépendant du ministère de la culture, ayant pour mission de préserver les monuments et objets du patrimoine.

Matériaux en aluminium

Deux matériaux neufs en aluminium ont été retenus, un aluminium standard et un prélaqué qui présente une couche de finition de peinture d’environ 80µm. Matériaux en acier Deux aciers galvanisés et un acier inoxydable ont été sélectionnés pour l’étude. L’acier galvanisé standard est recouvert d’une couche de galvanisation de 70 à 100µm d’épaisseur. L’acier galvanisé prélaqué a une surface plus complexe, constituée de 20µm de zinc, puis d’une couche primaire d’accroche de 5µm et enfin d’une couche de finition de 20µm de couleur beige. Les deux dernières couches sont à base de polyester. Enfin, l’acier inoxydable est un acier dit ferritique, qui présente une composition riche en chrome (environ 12% en masse) et dans laquelle on trouve également du titane (moins de 1% en masse), et des traces de nickel. Types d’usage testés Suite à l’étude des pratiques de couverture dans la région Ile-de-France (MSI Marketing Research for Industry Ltd, 2006) et aux rencontres avec les professionnels du secteur lors du salon Batimat 2005, nous avons pu focaliser nos tests sur les matériaux en fonction des principaux usages qui en sont fait dans ce contexte. Les usages suivants ont pu être mis en évidence dans le contexte géographique qui nous intéresse : – le zinc est un matériau très largement employé, tant en rampant que pour les éléments d’évacuation des eaux pluviales, – le cuivre est principalement employé sous forme de gouttières, – le plomb en tant qu’élément d’étanchéité, – l’aluminium en rampant sur des bâtiments industriels et en gouttières sur des zones pavillonnaires – les aciers sont employés en rampant, mais aussi en éléments de fixation (de tuiles ou d’ardoises).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 2
I. Les toitures métalliques à Paris – Repères historiques
I.1. De Lutèce au Paris du XVIIIème siècle : de la tégula à une toiture plus réglementée
I.2. La métamorphose de Paris : de la rigueur Haussmannienne à la souplesse toute relative du début du XXème siècle
I.3. Les XXème et XXIème : entre modernité et préservation du paysage urbain
II. La pollution métallique des eaux pluviales urbaines
II.1. Les Rejets Urbains de Temps de Pluie
II.2. Les sources de métaux dans les RUTP
II.3. Le contexte réglementaire actuel
III. Cadre de la thèse
III.1. Le programme de recherche OPUR
III.2. Le projet TOITEAU
IV. Objectifs de la thèse et plan du document
PARTIE 1 CONTAMINATION METALLIQUE DES EAUX DE RUISSELLEMENT DE TOITURE : CONTEXTE, ENJEUX ET ETAT DES CONNAISSANCES
CHAPITRE 1.1. CONTAMINATION METALLIQUE DES EAUX URBAINES
I. Les métaux dans tous leurs états
I.1. Les « métaux lourds » et les « éléments traces métalliques »
I.2. Toxicité des métaux
II. Circulation et sources des métaux au sein d’une agglomération, par temps sec et temps de pluie
II.1. Circulation et sources des métaux véhiculés dans les eaux de ruissellement
II.2. Les sources
II.2.1. Sources naturelles
II.2.2. Sources anthropiques
II.3. Le transport par les eaux de ruissellement
III. Caractérisation des métaux dans les eaux de ruissellement urbaines
III.1. Les toitures
III.1.1. Concentrations émises en fonction du type de toiture
III.1.2. Répartition entre les phases dissoute et particulaire
III.2. Les chaussées
III.3. Contribution de chaque source au ruissellement total
IV. Apports en rivière : quels impacts ?
IV.1. Cadre réglementaire
IV.2. Les apports métalliques en Seine
IV.2.1. Flux métalliques annuels déversés en Seine
IV.2.2. Niveaux de concentrations en métaux : Amont / Aval de Paris
IV.2.3. Enrichissement des sédiments en métaux
IV.3. Impacts des eaux de ruissellement de toitures sur les organismes aquatiques
IV.3.1. Quelques notions importantes
IV.3.2. Ruissellement de toiture : quelle spéciation des espèces métalliques ?
IV.3.3. Bilan des études écotoxicologiques menées sur les eaux de ruissellement de toitures
IV.3.4. Conclusions
CHAPITRE 1.2. CORROSION ET LESSIVAGE DES MATERIAUX DE TOITURES
I. Utilisation des matériaux métalliques en couverture
I.1. Généralités sur les toitures
I.2. L’utilisation des matériaux : étude de marché
I.2.1. Quels types de matériaux ?
I.2.2. Le marché des matériaux de couverture
I.3. Caractéristiques des matériaux métalliques de couverture
I.3.1. Composition des matériaux
I.3.2. Mise en œuvre
I.3.3. Coût et durée de vie
II. La corrosion atmosphérique
II.1. Définitions générales
II.1.1. Qu’est ce que la corrosion ?
II.1.2. La corrosion atmosphérique
II.2. Le contexte urbain : une atmosphère corrosive complexe.
II.2.1. La ville : une concentration d’hommes et d’activités qui favorise la production de polluants
II.2.2. Quels polluants atmosphériques ?
II.2.3. Evolution des niveaux de contamination en Ile de France
II.3. Quelles solutions pour prévenir la corrosion atmosphérique?
III. Corrosion des matériaux de couverture : quels comportements ?
III.1. Evolutions des matériaux de couvertures soumis à la corrosion atmosphérique
III.1.1. Méthodes d’évaluation des processus de corrosion.
III.1.2. Le zinc
III.1.3. Le cuivre
III.1.4. Le plomb
III.1.5. L’aluminium
III.1.6. Les aciers
III.2. Taux de corrosion mesurés
III.2.1. Des conditions d’exposition codifiées
III.2.2. Synthèse des données de corrosion des matériaux de toitures
IV. Le ruissellement sur les matériaux de couverture : mécanismes et processus
IV.1. Qu’est-ce que le ruissellement ?
IV.1.1. Définition
IV.1.2. Evaluation du ruissellement
IV.2. Quels processus et paramètres importants ?
IV.2.1. Evolution des taux de ruissellement dans le temp
IV.2.2. Caractéristiques du matériau
IV.2.3. Caractéristiques d’exposition
IV.3. Variabilité temporelle des taux de ruissellement
IV.3.1. A l’échelle évènementielle
IV.3.2. A l’échelle annuelle
IV.4. Conclusions
IV.5. Synthèse des données de ruissellement des matériaux de toitures
CONCLUSIONS DE LA PARTIE 1
PARTIE 2 EMISSION DE METAUX PAR DIFFERENTS MATERIAUX DE TOITURES : APPROCHE
EXPERIMENTALE SUR BANCS D’ESSAIS
CHAPITRE 2.1. TRAVAIL SUR BANCS D’ESSAIS : POURQUOI ET COMMENT ?
I. TOITEAU – Quels besoins ?
II. Des bancs d’essais : une solution pratique pour tester plusieurs matériaux simultanément
III. Conception des bancs d’essais
III.1. Rappel de l’objectif du dispositif expérimental
III.2. Choix des sites d’études
III.2.1. Description
III.2.2. Quels équipements ?
III.3. Conception des maquettes
III.3.1. Paramètres liés au matériau
III.3.2. Paramètres liés aux conditions d’exposition
III.3.3. Répartition des maquettes entre les deux sites
CHAPITRE 2.2. PROTOCOLES ET METHODES EXPERIMENTALES
I. Evaluation des taux de ruissellement
I.1. Conditionnement du matériel utilisé
I.1.1. Préparation et conditionnement du matériel
I.1.2. Conditionnement des bidons de collecte : traitement particulier
I.2. Echantillonnage
I.2.1. Description de la procédure d’échantillonnage
I.2.2. Optimisation des étapes
I.3. Traitement et analyse de l’échantillon
I.3.1. Fraction analysée
I.3.2. Préparation à l’analyse
I.3.3. Protocole analytique
I.4. De la concentration aux flux annuels émis
I.5. Incertitudes
I.5.1. Incertitude sur les volumes collectés
I.5.2. Incertitude sur la mesure des concentrations
I.5.3. Incertitudes sur le calcul des flux annuels
I.5.4. Conclusions
II. Caractérisation de l’eau de pluie recueillie
II.1. Mesure du pH
II.2. Mesure des concentrations ioniques
II.2.1. Principe et matériel utilisé
II.2.2. Préparation et analyse
III. Observation microscopique des matériaux
III.1. Stratégie d’observation
III.2. Techniques employées
III.2.1. Mesures de la couleur des matériaux
III.2.2. Mesures de la rugosité des matériaux
III.2.3. Analyses élémentaires en spectrométrie de fluorescence X
III.2.4. Observations en microscopie optique
III.2.5. Observations en microscopie électronique à balayage
CHAPITRE 2.3. RESULTATS ET DISCUSSIONS
I. Caractérisation des conditions d’exposition
I.1. Périodes d’exposition
I.2. Données pluviométriques
I.2.1. Hauteurs de pluies mesurées
I.2.2. Variabilités inter-périodes
I.2.3. Evaluation d’autres paramètres liés à la pluie
I.2.4. pH et composition ionique de l’eau de pluie
I.3. Pollution atmosphérique
I.3.1. Contamination globale
I.3.2. Evolutions au cours de la période d’exposition
I.4. Mesure des retombées atmosphériques
I.4.1. En savoir plus sur les retombées atmosphériques
I.4.2. Collecte des retombées et évaluation des flux
I.4.3. Niveaux de retombées atmosphériques mesurés
II. Flux émis à l’échelle annuelle par les matériaux testés
II.1. Espèces émises et niveaux de concentration
II.1.1. Quelles espèces émises par quel matériau ?
II.2.2. Niveaux de concentrations
II.2. Flux annuels émis par famille de matériau
II.2.1. Tableaux de synthèse des flux mesurés
II.2.2. Comparaison entre les 2 sites d’exposition
II.2.3. Cas des matériaux non en zinc
II.2.4. Cas des matériaux en zinc
III. Hiérarchisation des matériaux en fonction de leur potentiel polluant
III.1. Quels critères de classement?
III.1.1. Les espèces métalliques retenues
III.1.2. Les valeurs seuils considérées
III.1.3. L’indice de contamination métallique
III.2. Emissions des espèces métalliques utilisées comme critères : Cd, Cu, Ni, Pb, Zn
III.2.1. Emissions de cadmium
III.2.2. Emissions de nickel
III.2.3. Emissions de plomb
III.2.4. Emissions de cuivre
III.2.5. Emissions de zinc
III.3. Classification des matériaux
III.3.1. Comparaison des concentrations moyennes annuelles mesurées aux valeurs seuils des différentes
réglementations
III.3.2. Valeurs des ICM et hiérarchisation des matériaux .
III.3.3. Conclusions
IV. Variabilité temporelle des flux : analyse des facteurs explicatifs
IV.1. Analyse des corrélations entre les paramètres d’exposition et les émissions observées
IV.1.1. Relations entre les différents paramètres testés
IV.1.2. Relations entre les taux de ruissellement et les paramètres explicatifs possibles
IV.2. Modélisation des flux de métaux émis
IV.2.1. Evolution des flux dans le temps
IV.2.2. Modélisation inter-période des émissions
IV.2.3. Comparaison des performances des modèles
IV.2.4. Conclusions
V. Analyse microscopique des matériaux
V.1. Analyse élémentaire de la composition des surfaces de matériaux
V.2. Evolution des surfaces des matériaux induite par l’exposition
V.2.1. Couleur
V.2.2. Rugosité
V.3. Observations plus fines des surfaces
V.3.1. Microscopie optique
V.3.2. Microscopie à balayage et analyse EDS
V.3.3. Conclusions
V.4. Zoom sur les différents zincs
V.4.1. Observation des surfaces
V.4.2. Spectres EDS
V.5. Zoom sur les matériaux en plomb
V.5.1. Plomb neuf
V.5.2. Plomb ancien
V.6. Conclusions
V.6.1. Des informations intéressantes, accessibles uniquement par observation des matériaux
V.6.2. Quelques limites et perspectives
CONCLUSIONS DE LA PARTIE 2.
PARTIE 3. DE L’ECHELLE DU BANC D’ESSAI A CELLE DU BASSIN VERSAN
CHAPITRE 3.1. QUEL MODELE ?
I. Les enjeux
II. Estimations de flux polluants à grande échelle : ce qui existe
II.1. SEWSYS
II.1.1. Description et résultats obtenus
II.1.2. Limites
II.2. Evaluation des émissions de zinc à l’échelle de Paris
III. Modèle développé dans ce travail
III.1. Comment transposer les taux de ruissellement estimés sur les bancs d’essais à une échelle plus importante ?
III.2. Comment identifier et quantifier les surfaces métalliques des toits ?
CHAPITRE 3.2. INFLUENCE DE L’INCLINAISON ET DE LA LONGUEUR DE RUISSELLEMENT
SUR LES FLUX METALLIQUES EMIS
I. De la nécessité de vérifier l’influence de certains paramètres sur les flux métalliques émis par les matériaux
II. Premières expérimentations – premières questions
II.1. Dispositifs expérimentaux mis en place
II.2. Premiers résultats – premières questions
II.2.1. Effet de l’inclinaison : les pyramides
II.2.2. Effet de forme : carré versus rectangle
II.3. Un « effet de longueur » du panneau suspecté
III. Effet de la longueur d’écoulement
III.1. Dispositif expérimental – Flûte de Pan
III.2. Résultats obtenus
III.2.1. Concentrations
III.2.2. Masses de zinc récupérées
III.2.3. Flux mesuré
III.3. Conclusions
IV. Prise en compte de l’influence de l’inclinaison
IV.1. Dans le cas général
IV.2. Caractérisation de la fonction f (1 / cos(θ))
IV.3. Application du modèle trouvé aux autres séries de données
IV.4. Conclusions sur la transposition des émissions de zinc à des échelles spatiales plus importantes
V. Validation à l’échelle de toits réels
V.1. Dispositif expérimental mis en place
V.2. Description des toits équipés
V.2.1. Toit B1 – CSTB de Champs-sur-Marne
V.2.2. Ecole Pablo Picasso – Champs-sur-Marne
V.3. Périodes d’expositions
V.4. Résultats
V.4.1. Emissions par les toits réels
V.4.2. Comparaison avec les masses estimées utilisant les données des bancs d’essais
V.4.3. Conclusion
VI. Application à la parcelle
VI.1. Description de la parcelle étudiée
VI.2. Echantillonnage : stratégie et dispositifs
VI.2.1. Pluviométrie et retombées atmosphériques
VI.2.2. Prélèvements des eaux de ruissellement de la parcelle
VI.2.3. Mesure de débit
VI.3. Evènements échantillonnés
VI.4. Masses de zinc émises lors des séquences échantillonnées
VI.4.1. Méthode de calcul
VI.4.2. Masses de zinc émises par la parcelle
VI.5. Modélisation des émissions
VI.5.1. En cumulé sur l’ensemble de la période
VI.5.2. Séquence par séquence
VI.5.3. Conclusions
CHAPITRE 3.3. QUANTIFICATION DES SURFACES EMETTRICES A L’ECHELLE DU BASSIN VERSANT
I. Identification et quantification des surfaces de rampant
I.1. Support de travail : les ortho-images
I.2. Délimitation des surfaces de rampant
I.2.1. Méthode
I.2.2. Limites et biais
I.3. Classification et quantification des surfaces de rampants
I.3.1. Premiers essais avec Erdas
I.3.2. Tests de l’outil de classification AVET
I.4. Conclusions sur les possibilités d’identification et de quantification semi-automatique des matériaux de rampant
II. Identification et quantification des surfaces d’éléments singuliers
II.1. De la nécessité de prendre en compte les éléments singuliers
II.2. Les Documents Techniques Unifiés
II.2.1. Qu’est-ce qu’un DTU ?
II.2.2. L’intérêt d’utiliser les DTU pour évaluer les surfaces métalliques des éléments singuliers
II.3. Surfaces de métal par mètre linéaire d’élément singulier : synthèse des informations fournies
par les DTU
II.3.1. Cas des toitures métalliques
II.3.2. Cas des toitures en ardoises
II.3.3. Cas des toitures en tuiles
II.3.4. Exemple d’application pour un toit théorique
II.4. Les chaînons manquants pour une évaluation systématique des surfaces d’éléments singuliers
II.4.1. Le champ d’application des DTU
II.4.2. L’évaluation des mètres linéaires d’éléments singuliers
III. Estimations des surfaces métalliques de 3 bâtiments sur un petit bassin versant urbain
III.1. Utilisation d’AVET
III.2. Estimation manuelle
III.3. Comparaison des 2 estimations
IV. Ce qu’il faut retenir
CONCLUSIONS DE LA PARTIE 3
CONCLUSION GENERALE
I. Synthèse des résultats de ce travail de thèse
I.1. Rappel des objectifs et du cadre méthodologique
I.1.1. Objectifs
I.1.2. Méthodologie mise en place
I.2. Emissions des matériaux
I.2.1. Taux de ruissellement annuels
I.2.2. Hiérarchisation des matériaux
I.3. Modélisation des émissions à différentes échelles de temps et d’espace
I.3.1. Analyse des paramètres et modélisation des émissions à différentes échelles de temps
I.3.2. Du banc d’essai au toit : effet de la longueur d’écoulement et de l’inclinaison
I.4. Quantification des surfaces métalliques des toitures à l’échelle d’un bassin versant
I.4.1. Les rampants
I.4.2. Les éléments singuliers
II. Perspectives
II.1. Pour aller plus loin en terme de modélisation des émissions de métaux à l’échelle d’un bassin versant
II.1.1. Travail sur les taux de ruissellement à appliquer
II.1.2. Quantification des surfaces métalliques des toits
II.1.3. Validation du modèle à l’échelle d’un bassin versant
II.2. Perspectives de recherche
II.2.1. Quels impacts des métaux émis par les toitures ?
II.2.2. Réduction des émissions par les toitures
II.2.3. Quelles autres émissions par les matériaux de toitures ?
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES