Estimation d'une volume d'eau récupérable par une toiture et changements climatiques

Thomas Wolff

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Estimation_d%27une_volume_d%27eau_r%C3%A9cup%C3%A9rable_par_une_toiture_et_changements_climatiques

Dernière modification le 08/10/2022

Difficulté

Easy Facile

Durée

2 hour(s) heure(s)

Coût

0 EUR (€)

Description

L'eau de pluie peut être récupérée et valorisée pour de nombreux projets et usages. Ce tutoriel vous permettra d'avoir une idée précise des volumes d'eau qu'il est possible de récupérer grâce à une toiture (exemple : toit de maison, garage, cabanon, etc.) dans des contextes de changements climatiques, en vue de dimensionner votre système de récupération d'eau.

Sommaire

eau, climat, eau de pluie, récupération, pluie, toit

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Introduction

Ce tutoriel s'inscrit dans une série de tutoriels destinés à la valorisation des eaux de pluie.

Ce tutoriel permet :

- de se faire une idée des volumes d'eau qu'il est potentiellement possible de récupérer grâce à une toiture

- d'approfondir la manière dont les précipitations et températures vont évoluer (changements climatiques), sur votre secteur, au cours des prochaines décennies.

- de se poser des questions pour réfléchir aux systèmes de stockage des eaux de pluie. En sachant qu'il y a des moyens encore plus simples que des citernes pour stocker l'eau de pluie.

On se lance ?

Matériaux

Un ordinateur avec une connexion internet.

Outils

https://geoportail.gouv.fr (site gratuit - visualisation des données géographiques)

https://fr.climate-data.org (site gratuit - visualisation des données pluviométrie)

https://drias-climat.fr (site gratuit - visualisation des projections climatiques GIEC-MétéoFrance)

Étape 1 - Estimez, pour chaque mois de l'année, le volume d'eaux de pluie qu'il serait théoriquement possible de récupérer grâce à une toiture

Introduction :

Pour connaître les volumes d'eau mois par mois qu'une toiture peut potentiellement permettre de récupérer, il va nous falloir deux informations  :

- la superficie de votre toiture

- les données relatives aux précipitations spécifiques à votre commune

Le volume d'eau de pluie potentiellement récupérable, sur un mois, est théoriquement obtenu en multipliant la pluviométrie du mois en question et la surface de votre toiture.

1/ Mesurez la superficie de votre toiture (exemple : garage, maison, etc) en m²

1. Rendez-vous sur le site gratuit https://www.geoportail.gouv.fr/
2. Renseignez votre adresse (dans le cas où le site ne connaît pas votre adresse renseignez le nom de votre commune et localisez le bâtiment pour lequel vous souhaitez faire l'estimation)
3. Une fois votre maison localisée, mesurez la surface de votre toiture grâce à l'outil "Mesurer une surface" (voir photos ci-contre). L'outil est accessible en cliquant sur le symbole "Outil", rubrique "Mesures", ligne "Mesurer une surface".
4. Notez la superficie de votre toiture, en m².

Notes :

• Exemple en images (ci-contre) : visualisation de la superficie d'une toiture sur la commune d'Arbois (Jura)
• La superficie de la toiture utilisée pour le calcul est la superficie équivalente au sol (surface sur laquelle tombe l'eau de pluie) et non la superficie de la toiture en pente. Que votre toiture soit très inclinée ou faiblement inclinée, d'un point de vue récupération d'eaux de pluie, la surface reste la même.
• si la toiture est composée par deux ou plusieurs parties qui déversent les eaux pluviales dans des gouttières différentes et en fonction de vos projets : il peut être intéressant de faire les calculs pour chaque partie de toiture.

2/ Notez, pour chaque mois, le nombre de mm de pluie "habituel" qui tombe sur votre commune (précipitations)

1. Rendez-vous sur le site gratuit https://fr.climate-data.org
2. Dans l'onglet "Recherche" (icône recherche, couleur verte) indiquez votre commune et validez votre saisie
3. Rendez vous à la rubrique "Tableau climatique"dans laquelle les précipitations mensuelles sont indiquées
4. Notez, pour chaque mois de l'année, le nombre de mm de pluie indiqué. Il s'agit de la ligne "Précipitations (mm)"

Notes :

• Exemple en images (ci-contre) : visualisation des données pour la commune d'Arbois
• Les données auxquelles vous accédez sont des mesures moyennes basées sur le passé. Il n'a jamais exactement plu ce qui est indiqué, car certaines années étaient beaucoup plus sèches et d'autres plus humides. Les données utilisées sont des moyennes. S'il est par exemple indiqué pour le mois de juillet qu'il y a 75mm de précipitations, cela ne signifie pas qu'il a plu 75mm chaque année. Sur un intervalle de 5 ans, il est habituel de dire qu'il y a eu au moins une année sèche, et une année humide. Autrement dit il se peut qu'il n'ait que plu 25mm certaines années, et 125mm d'autres.
• Les données auxquelles vous accédez sont des mesures moyennes basées sur le passé. A l'étape 4 nous verrons comment prendre en compte les changements climatiques.
• L'astuce de Laurent Levier du groupe Low-Tech Lab : pour avoir des données encore plus précises il est possible de se rendre sur le site https://weathermap.netatmo.com/. Sur ce site sont accessibles des capteurs de pluie de maisons particulières (cliquez sur l’icône pluie). Cela peut peut fournir une position aux précipitations avec un historique de 3 mois !

3/. Sur la base de ces deux informations, calculez les volumes d'eau de pluie théoriquement récupérables grâce à votre toiture :

1. Réalisez un tableau simple présentant, mois par mois, les précipitations (en m) et multipliez par la superficie de votre toiture (en m2).
2. Notez les résultats.

Étape 2 - Prenez-en compte les principaux facteurs limitant la récupération d'eaux de pluie sur une toiture

Imaginons que nous sommes en mai et qu'il pleuve 50mm de pluie sur une toiture de 100m².

Théoriquement, cela devrait permettre de récupérer 5m3 d'eau (0,05m pluie x100 m² toiture).

Sauf qu'en réalité de nombreux facteurs entrent en compte et peuvent être pris en compte comme :

- l'inclinaison de la toiture, l'exposition et le vent. Sur le groupe Low-Tech Lab, Didvero Garwo nous indique par exemple que chez lui la pluie est principalement récupérée sur le versant sud de sa toiture. Par l'observation et en plaçant des récupérateurs d'eau de part et d'autres des gouttières de la maison, c'est un facteur facile à observer et qui permet de dimensionner des installations de stockage.

- le diamètre des tuyaux pour la récupération, et tout particulièrement ceux des collecteurs. Ce facteur est important pour dimensionner ses installations. Sur le groupe Low-Tech Lab, Jean Gerard a fait remarquer qu'une bonne récupération impliquerait des tuyaux de récupération de diamètre conséquent (ex : 100mm sur toute la longueur) pour éviter les débordements. Une gouttière ou un tuyau d'arrosage de faible diamètre (ex: <30mm) ne permet par exemple pas de canaliser, sur une toiture conséquente, des fortes précipitations. Jean Gerard nous invite à réfléchir au rendement des connecteurs branchés sur les gouttières, car ceux trouvés dans le commerce sont de très faible rendement. Il nous partage le lien d'un exemple de collecteur de meilleur rendement : cliquez ici.

- les matériaux de la toiture. Ces matériaux vont par exemple influencer l'évaporation ou l'absorption. Si nous sommes en août et que les tuiles sont brûlantes, des fines précipitations ne pourront pas être récupérées.

- etc.

Étape 3 - Anticipez les changements climatiques en termes de récupération d'eaux pluviales

Pour réaliser cette étape, vous avez deux options :

- Facile - comprendre les évolutions à venir sur les précipitations et partir de ce raisonnement pour la récupération d'eau chez soi

- Difficulté moyenne - utiliser le site https://drias-climat.fr qui permet de visualiser les données climatiques

Option 1 : Comprendre les évolutions à venir sur les précipitations et partir de ce raisonnement pour la récupération d'eau chez soi

Quelques"pépites" pour comprendre les changements climatiques

Pour cette étape, nous allons raisonner en périodes comme par exemple : la période 2015-2025, la période 2030-2040, ou encore la période 2050-2060.

Des années plus sèches sèches et d'autres plus humides : comme nous l'avons vu dans les précédentes étapes, si on prend une période climatique de 10 ans, il y a toujours au moins deux années plus sèches (en terme de précipitations) et deux années plus humides (en terme de précipitations). Repensez au climat des 10 dernières années. Si nous prenons une projection climatique comme la période 2030-2040 il est donc possible de dire qu'autour d'une moyenne il y aura toujours des années plus sèches et des années plus humides.

Des normales saisonnières qui n'existent pas. Les "normales" de saison, présentées à la télé à la météo, n'existent pas dans l'absolu, encore moins en contexte de changements climatiques. Les "normales" jusqu'à là utilisées par MétéoFrance étaient les moyennes de toutes les années entre 1980 et 2010. Depuis le 28 juin 2022 (voir article), les nouvelles "normales" sont d'ailleurs calculées sur la base des moyennes des années de la période 1990-2020. Ce qui va nous intéresser pour comprendre l'impact des changements climatiques en terme de pluviométrie ce ne sont pas les "écarts par rapport à la moyenne", c'est simplement ce que ça change concrètement parlant. Ce qui est une année sèche en 1990-2020 n'est pas une année sèche en 2040-2050. La sécheresse exceptionnelle de 2022, qui nous apparaît être une sécheresse très conséquente, va devenir sur plusieurs régions la norme aux alentours de 2050. Autrement dit la moyenne de la période 2040-2060.

Des projections climatiques qui nous renseignent sur des tendances. Les projections climatiques nous donnent une idée des tendances, mais non des données ultra-précises à une échelle du territoire.

Des projections climatiques oui. Mais des micro-climats également. Comme l'a soulevé Daniel Pino du groupe Low-Tech Lab, les micro-climats ont une forte influence. Sur sa région (Pyrénées) où les alternances de précipitations - absence de précipitations sont marquées, il n'est que possible de se baser sur des tendances générales mais sans chercher à savoir avec exactitude ce qui va se passer tant la variabilité locale, micro-locale peut avoir une influence importante. D'une vallée à l'autre, d'un versant à l'autre, les climats peuvent être différents.

Quelles tendances pour l'évolution des précipitations  ?

Augmentation des extrêmes. D'un point de vue factuel l'augmentation globale des températures encourage des extrêmes climatiques : des précipitations intenses à un certain moment ("quand il pleut il pleut") et des longues périodes avec peu ou sans précipitations à d'autres ("quand ça veut pas ça veut pas"). Si vous résidez dans des territoires très habitués à ce phénomène (exemple : Cévennes), ce phénomène va s'amplifier. Une augmentation des précipitations intenses d'un côté, et des périodes sans précipitations de l'autre. Si vous résidez dans des territoires habitués à des précipitations très régulières tout au long de l'année, le phénomène de précipitations intenses / périodes avec moins de précipitations va s'amplifier. De manière assez contre-intuitive peut être, il est à souligner que c'est une des raisons pour lesquelles les régions les plus habituées aux précipitations régulières vont être très impactées par les changements climatiques. Tout ce qui est habitué à des précipitations très régulières peut potentiellement être impacté.

Pour beaucoup de régions : des précipitations différentes. Jusqu'aux alentours de 2040-2050, pour beaucoup de régions de métropole, le cumul annuel moyen des précipitations restera le même. Ce n'est pas qu'il pleuvra plus ou moins. C'est qu'il ne pleuvra plus pareil : augmentation des périodes avec précipitations intenses d'un côté, augmentation des périodes avec peu ou pas de précipitations de l'autre. Si le cumul annuel moyen des précipitations restera approximativement le même pour beaucoup de régions jusqu'en 2050 pour beaucoup de régions de métropole, le cumul saisonnier moyen pourra changer. Certaines régions verront par exemple les pluies être plus conséquentes en hiver, et moins conséquentes en été. Même si le cumul annuel ne change pas trop, le cumul saisonnier peut changer (voir image 1 ci-contre).

L'augmentation des extrêmes influence la manière dont l'eau peut être récupérée. Les phénomènes de type "quand il pleut, il pleut" et de type périodes sans pluie vont s'amplifier. Plusieurs réflexions en terme de dimensionnement des installations de récupération d'eau de pluie sont présentées à l'étape suivante : "Étape 5 : Dimensionner ses projets basés sur la récupération d'eaux de pluie"

Option 2 : Utiliser le site https://drias-climat.fr qui permet de visualiser les données climatiques produites par le GIEC / MétéoFrance / CERFACS / etc.

Nous cherchons à nous faire une idée de l'évolution du nombre de mm de pluie qui va tomber en fonction de chaque saison.

Les données climatiques nous renseignent sur les tendances.

Réalisez la démarche vous-même à partir de http://drias-climat.fr/decouverte . Les paramétrages utilisés pour l'exemple sont présentés dans l'image 2 ci-contre).

Pour lire les cartes.

• Il est possible de zoomer sur la carte en cliquant dessus (la carte de métropole va apparaître). Pour plus de confort de lecture faites apparaître votre territoire en utilisant l'outil "Zones géographiques : domaine personnalisé" (image 3 ci-contre) et en faisant apparaître le fond de carte (Repères géographiques : fond de carte détaillé) et les isolignes (Représentation : isolignes) (image 4 ci-contre)
• Les données pluviométriques que vous visualiserez sur l'horizon 1975-2005 représentent en quelque sorte la moyenne pluviométrique des saisons aux alentours de 1980-2000.
• Les données pluviométriques que vous visualiserez sur l'horizon 1921-2050 représentent en quelque sorte la moyenne pluviométrique des saisons aux alentours de 2030-2040.
• Les données pluviométriques que vous visualiserez sur l'horizon 2041-2070 représentent en quelque sorte la moyenne pluviométrique des saisons aux alentours de 2050-2060.

Analyse saisonnière :

L'exemple pris concerne une zone du Jura. Sur le Jura, grâce à cette visualisation, il est possible de voir apparaître les tendances. Dans mon cas cela donne :

• hiver : légère augmentation progressive de la pluviométrie hivernale (cumul).
• printemps : légère augmentation progressive de la pluviométrie printanière (cumul).
• été : nette diminution de la pluviométrie estivale (cumul).
• automne : pas de modification au niveau de la pluviométrie automnale (cumul).

Aussi, couplé aux éléments vus dans la rubrique "Comprendre les évolutions à venir sur les précipitations et partir de ce raisonnement pour la récupération d'eau chez soi", les tendances sont les suivantes :

- des printemps plus chauds où les températures peuvent faire apparaitre des précipitations intenses et plus fortes. Il se peut que ses précipitations soient parfois rapprochées de la période hivernale et qu'elles soient suivies par des périodes sans pluie.

- des étés plus chauds et secs avec des épisodes pluvieux plus intenses. C'est particulièrement à cette période que nous utilisons le plus d'eau de pluie que nous récupérons.

- des automnes plus chauds avec des épisodes pluvieux plus intenses.

- des hivers plus chauds et peut être même plus humides.

Éléments potentiellement intéressants visualisables avec Drias-Climat sur cette thématique  :

- moyenne du cumul des précipitations (mm), par saison

- moyenne du nombre de jours de fortes précipitations (plus de 2cm de précipitations / jour)

- moyenne du nombre de jours sans pluie (moins de 1mm)

Rappel :

- Les données que vous visualisez sont des estimations de moyennes. Autrement dit : autour de ces moyennes il y aura des années plus humides, et des années plus sèches.

- Les estimations climatiques donnent une idée de tendances, et non de données précises.

Étape 4 - Estimez les besoins réels en situations d'aléas climatiques (ex: sécheresses prolongées, précipitations conséquentes, etc.), et pensez "stockages ingénieux"

Estimer une marge de sécurité "confortable" pour anticiper les aléas climatiques et répondre aux besoins

Imaginons deux projets différents :

- projet 1 : une exploitation sur petite surface avec un besoin de 5m3 par mois dès la fin du printemps, sans possibilité d'accès à des réserves d'eaux souterraines. Ce projet dispose d'une toiture de 30m².

- projet 2 : une maison qui utilise entre 0,3 et 0,9 m3 en période automnale-hivernale-printanière pour des utilisations des eaux à l'intérieur de la maison (toilettes, machine à laver après filtres, etc.) et entre 1,5 et 2,5 m3 en période estivale pour arroser. Ce projet dispose d'une toiture de 150m².

Projet 1 :

Dans le cas projet 1 concernant une exploitation sur petite surface, imaginons des précipitations abondantes en automne-hiver, plus faibles au printemps, et encore plus faibles en été.

Une marge de sécurité confortable pourrait par exemple être de disposer, en début de la période estivale et dans l'optique d'une potentielle sécheresse comme celle de l'année 2022, 4 mois de stockage.

Qui pense stockage d'eau pense souvent citernes.

Mais ce stockage de l'eau peut se faire de nombreuses manières dont certaines semblent parfois contre-intuitives comme par exemple :

- les bassins de rétention ou de stockage sur des terrains légèrement en pente qui, couplés à certains végétaux, vont progressivement irriguer la terre en contrebas.

- l'incorporation de matière carbonée à la terre, de manière à encourager des sols capables de retenir l'eau grâce à leur structure.

- l'incorporation de charbon aux racines des arbres (pas celui du barbecue) pour stocker l'eau

- etc.

Penser stockage nous invite également à penser réduction de nos besoins. Pour réduire les besoins de stockage dans un tel projet, il est par exemple possible :

- de pailler, un fondamental pour éviter que l'eau ne s'évapore

- de sélectionner des variétés végétales plus habituées au stress hydrique

- de planter certains arbustes ou arbres à proximité, pour "remonter" l'eau

Projet 2 :

Dans le cas du projet 2 concernant une maison, imaginons un climat avec une pluviométrie plus marquée dès la fin de l'été et très marquée en automne, et moindre en hiver-printemps. Durant l'été, des épisodes orageux conséquents peuvent survenir.

La maison utilise utilise entre 0,3 et 0,9 m3 en période automnale-hivernale-printanière pour des utilisations des eaux à l'intérieur de la maison (toilettes, machine à laver après filtres, etc.) et entre 1,5 et 2,5 m3 en période estivale (jusqu'à mi-fin août) pour arroser. Ce projet dispose d'une toiture de 150m².

La question du stockage de l'eau dans une citerne se pose le plus souvent :

- après avoir estimé s'il ne serait pas possible de stocker l'eau autrement que dans des citernes. Si quelques m3 d'eau sont les bienvenus en période estivale pour l'arrosage, et dans l'optique d'un climat avec des potentiels orages intenses, il peut être intéressant de réfléchir à augmenter les capacités naturelles de stockage de l'eau de pluie dans le sol.

- et après d'avoir réfléchi à la potentielle réduction des besoins en eau

Dans le cadre de ce projet, dans l'hypothèse où les propriétaires de la maison ne souhaiteraient pas réduire les usages et souhaiteraient avoir une réserve confortable de 4 mois de réserve au début du printemps, ils pourraient être intéressés d'envisager une cuve de 8m3. Ce faisant, ils partiraient sur l'idée de 4 mois avec une totale absence de précipitations. En fonction du territoire, cela peut être plus ou moins judicieux mais c'est un choix. A savoir qu'une toiture de 150m² peut, s'il pleut 40mm sur quelques jours et même s'il y a 70% de pertes (collecteur des eaux avec mauvais rendement, trop faible tuyau du collecteur, etc.), remplir à nouveau 2m3.

Citernes, oui mais ...

Nous l'avons vu plus haut, il existe une myriade de solutions ingénieuses pour stocker l'eau autrement que dans les citernes, ou encore réduire nos besoins.

> Mettre quelques exemples & références tutos

Notes et références

Des remerciements particuliers :

- pour leurs retours d'expériences et réflexions sur le groupe Low Tech Lab : Jean-Gerard, Didvero Garwo, Laurent Levier, Raphael Pino

- pour l'illustration sur la récupération : Chamboune Chrane

- pour la photo des toits : Eyram Ds

- pour la mise à disposition publique des données : les équipes des projets Climsec et Drias Climat

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