Les inondations, en augmentation en raison du changement climatique, peuvent dévaster les zones urbaines et entraîner des réparations longues et coûteuses. Les villes ont un besoin urgent de nouvelles stratégies pour gérer l'afflux des eaux pluviales. Une équipe interdisciplinaire d'ingénieurs et d'urbanistes du MIT a maintenant développé une solution : des zones humides et des bassins d'eaux pluviales urbaines multifonctionnelles qui intègrent de manière transparente le contrôle et le nettoyage des eaux pluviales avec des avantages écologiques et récréatifs.
Les inondations d'eaux pluviales dans les villes sont exacerbées par les infrastructures urbaines, car de nombreux écosystèmes naturels qui absorberaient les précipitations ont été remplacés par des chaussées, ce qui limite considérablement la capacité d'infiltration d'une zone. Cela maintient les eaux pluviales à la surface, où elles ramassent toutes sortes de polluants – déchets, métaux lourds, produits chimiques industriels – qui sont finalement transportés dans les plans d'eau à proximité, y compris souvent l'approvisionnement en eau local.
De nombreuses villes ne disposent pas de systèmes adéquats pour gérer le ruissellement des eaux pluviales, la principale cause de dégradation des cours d'eau dans les zones urbaines. Les usines de traitement des eaux pluviales représentent des investissements importants qui doivent être intégrés dans les systèmes de drainage et de traitement des eaux existants. Sans espaces ou processus capables de séquestrer et de purifier l'eau contaminée avant qu'elle ne réintègre la circulation ou le milieu naturel, les centres urbains perdent de l'eau douce qui pourrait être disponible pour la consommation et la recharge des nappes phréatiques, entre autres besoins écosystémiques.
Les systèmes naturels de gestion des eaux pluviales – les espaces verts aménagés – deviennent des options de plus en plus populaires pour les villes, en partie en raison de leur prix abordable. Les zones humides de l'équipe du MIT ont été conçues pour être beaucoup plus efficaces que les conceptions existantes, telles que les bassins simples et les serpentins, pour contrôler la circulation de l'eau et purifier les eaux pluviales, tout en offrant des avantages écosystémiques et récréatifs.
L'équipe du MIT a publié les détails de son étude dans un rapport librement disponible, ‘ Design Guidelines for Urban Stormwater Wetlands ‘, dans l'espoir que les villes adopteront cette approche. Le rapport est basé sur deux années de recherche financées par une subvention de démarrage du Laboratoire mondial de l'eau et de la sécurité alimentaire Abdul Latif Jameel (J-WAFS) du MIT et soutenues par le MIT Norman B. Leventhal Center for Advanced Urbanism (LCAU) à l'école du MIT. d'architecture et d'urbanisme. Ces directives sont basées sur des expériences physiques entreprises dans le laboratoire Nepf Environmental Fluid Mechanics du MIT et récemment publiées dans la revue Ecological Engineering .
‘Le but de notre étude est d'aider les villes à atténuer leurs propres problèmes face à des changements climatiques rapides, à de grandes tempêtes et à un manque de solutions économiquement réalisables’, déclare le co-auteur Alan M. Berger, le Norman B. et Muriel Leventhal. Professeur d'urbanisme avancé et co-directeur du LCAU. Berger et ses co-auteurs invitent les représentants de la ville intéressés à les contacter pour discuter de la manière de mettre en œuvre leurs conceptions. En mai, le groupe a mené une campagne de sensibilisation pour s'assurer que ces conceptions open source atteignent les parties prenantes urbaines telles que les responsables gouvernementaux et les planificateurs régionaux à travers les États-Unis.
Les lignes directrices combinent l'ingénierie, l'urbanisme et l'expertise en architecture de paysage pour concevoir un espace vert polyvalent. En plus de gérer les eaux pluviales, la zone humide ou l'étang crée de la verdure pour la ville, un espace récréatif pour la communauté et des habitats fauniques précieux.
Les conceptions, qui comportent une série d'îlots regroupés, sont modulaires et évolutives, de sorte qu'elles peuvent être adaptées pour répondre aux besoins et aux ressources de différents environnements urbains. Le travail a été développé avec deux études de cas spécifiques, Houston et Los Angeles, pour aider à assurer l'adaptabilité des lignes directrices à différentes localités.
‘Nous avons choisi LA et Houston parce qu'elles sont toutes deux de grandes villes dans des climats chauds, à croissance rapide, principalement suburbaines, avec de bonnes perspectives d'espaces verts’, explique la chercheuse principale et auteure principale Celina Balderas Guzmán '07, MCP '13, SM '13. « De plus, l'un est très sec et l'autre est très humide. Nous voulions montrer l'adaptabilité de notre conception à différentes conditions. Balderas Guzmán, alors membre de la LCAU et maintenant à l'Université de Californie à Berkeley, est une ancienne de l'École d'architecture et de planification du MIT, où elle a développé une thèse de maîtrise sur les zones humides pluviales qui a finalement conduit à ce projet collaboratif et interdisciplinaire.
Les lignes directrices doivent encore être utilisées dans la pratique. Cependant, l'équipe est actuellement en contact avec les dirigeants municipaux de plusieurs endroits au sujet de la perspective de construire un système pilote de zones humides. Les membres non affiliés de la communauté de la recherche parlent positivement du bien-fondé des lignes directrices.
‘Pour autant que je sache, il n'y a rien à la disposition de la communauté des praticiens qui traduise aussi proprement les résultats de la recherche des ingénieurs et des architectes paysagistes en réalité’, déclare David L. Sedlak, professeur d'ingénierie environnementale à l'UC Berkeley et codirecteur du Berkeley. Centre de l'Eau.
Pour élaborer les lignes directrices, les chercheurs du laboratoire de mécanique des fluides environnementaux dirigé par Heidi Nepf, professeure de génie civil et environnemental du MIT Donald et Martha Harleman, ont testé plus de 30 conceptions différentes de systèmes de zones humides. Ils ont surveillé la circulation de l'eau à travers des modèles sculptés pour déterminer quelle topographie était la plus efficace pour ralentir les eaux pluviales et répartir uniformément leur débit, afin de permettre au mieux les processus naturels qui nettoient l'eau des polluants. Cette stratégie de test complète a conduit à des conceptions basées sur des groupes d'îlots profilés placés à proximité les uns des autres près des entrées des zones humides.
Contrôler le mouvement de l'eau pour qu'elle persiste dans la zone humide est crucial pour donner à l'écosystème le temps d'améliorer la qualité de l'eau. Les zones humides purifient l'eau grâce à une combinaison de processus biologiques et chimiques, notamment en donnant aux contaminants le temps de se déposer hors de l'eau. La végétation des zones humides est un autre bon filtre, car les surfaces des plantes et les biofilms qu'elles supportent sont très efficaces pour capter les polluants et les nutriments en excès.
La détermination de la conception la plus efficace pour le traitement des eaux pluviales était un aspect clé du projet, mais l'équipe souligne que la valeur de leur système de zones humides est plus que sa fonctionnalité de gestion de l'eau. La collaboration entre ingénieurs et urbanistes a conduit à une conception qui maximise l'efficacité sans sacrifier la qualité esthétique, écologique ou récréative.
« Les directives de gestion des eaux pluviales sont généralement rédigées par des ingénieurs et elles sont très prescriptives. Ils ne sont pas traditionnellement conçus pour promouvoir l'écologie ou faciliter les loisirs », explique Balderas Guzmán.
L'équipe a pu créer un système de zones humides à multiples facettes grâce à sa composition interdisciplinaire unique. Nepf, co-auteur de l'étude, explique que les ingénieurs ont contribué aux innovations de la fonction hydraulique tandis que les architectes paysagistes ont imaginé comment faire de la zone humide un élément précieux du tissu de la ville.
Susciter des collaborations interdisciplinaires est un objectif des subventions de démarrage J-WAFS, et le Nepf attribue à J-WAFS le mérite d'avoir aidé les ingénieurs et les urbanistes à travailler ensemble, en reliant leurs différents processus de conception et leurs ‘différents langages’.
‘J-WAFS a fourni un endroit où nous pouvions apprendre à nous parler’, explique Nepf.
En raison de cette collaboration unique, les lignes directrices offrent une grande variété d'avantages. Ils comprennent des sentiers récréatifs qui relient les groupes d'îles et relient les rues de la ville à des espaces verts invitants. Les plus grandes îles peuvent accueillir des espaces événementiels pour la programmation publique, tandis que les plaines inondables à côté de la zone humide peuvent être utilisées comme terrains de sport, aires de pique-nique ou terrains de jeux. Les îles offrent de multiples zones d'habitat écologique, des hautes terres sèches aux eaux peu profondes puis plus profondes. Cet habitat pourrait être particulièrement précieux pour les espèces des milieux humides à mesure que les milieux humides naturels disparaissent.
Les conceptions à usages multiples ont également un avantage politique. Ils peuvent aider les villes à obtenir l'approbation du public pour mettre en place des zones humides pluviales, qui se sont souvent révélées être des projets difficiles à soutenir par les résidents locaux. Les communautés ignorant à quel point les eaux pluviales polluent leur approvisionnement en eau peuvent ne pas soutenir l'utilisation d'un espace qui pourrait être un parc ou une aire de jeux pour un tel projet. L'ajout d'éléments récréatifs facilite la vente des zones humides artificielles.
‘J'espère que ces lignes directrices ouvriront les yeux des gens sur la façon dont ils peuvent utiliser des terres polyvalentes dans les zones urbaines’, déclare Nepf. ‘J'espère que nous leur ferons penser : 'D'accord, j'ai besoin de quelque chose pour faire face au ruissellement des eaux pluviales, alors comment puis-je faire quelque chose qui pourrait également profiter à l'environnement et à l'habitabilité de la ville.'’