Guide de rĂŠfĂŠrence technique en drainage souterrain et travaux accessoires
2005
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© Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec, 2005 PING0004-PDF ISBN 978-2-7649-0303-2 ISBN 2-7649-0145-3 (Imprimé, 2005) Dépôt légal Bibliothèque nationale du Canada, 2013 Bibliothèque nationale du Québec, 2013
COORDINATION Daniel Laberge, consultant, Daniel Laberge Consultant, chargé de projets, Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc., Sainte-Martine RÉDACTION Robert Beaulieu, ing., agr., conseiller en gestion de l’eau, MAPAQ, Direction régionale de la Montérégie, secteur Ouest, Sainte-Martine Eric Blond, M.Sc.A., ing., directeur technique, SAGEOS, division de Groupe CTT, SaintHyacinthe Yvon Brochu, ing., analyste et conseiller en agroenvironnement, MAPAQ, Direction de l’environnement et du développement durable, Québec Denis Duchesne, président, Drainage Lazure inc., Saint-Liboire, vice-président, Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc. Daniel Laberge, consultant, Daniel Laberge Consultant, chargé de projets, Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc., Sainte-Martine Georges Lamarre, ing., agr., conseiller en conservation des ressources, MAPAQ, Direction régionale de la Montérégie, secteur Ouest, Sainte-Martine Richard Laroche, ing., analyste en environnement, MAPAQ, Direction de l’environnement et du développement durable, Québec Jacques Masson, président, Drainage Belle-Terre inc., Shawinigan et Sainte-Anne-de-laPérade, président, Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc. RÉVISION Bernard Arpin, d.t.a., conseiller en géomatique et en conservation des ressources, MAPAQ, Direction régionale Montréal-Laval-Lanaudière Clément Audet, normalisateur, Bureau de normalisation du Québec, Sainte-Foy Suzelle Barrington, Ph.D., ing., professeure, Université McGill, Campus Macdonald, Faculté des sciences de l’agriculture et de l’environnement, Département du génie des bioressources, Sainte-Anne-de-Bellevue Réjean Beaudoin, secrétaire-trésorier, Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc. Gilles F. Bolduc, Ph.D., ing., agr., président, BMI Experts-conseils inc., Saint-Jean-surRichelieu Robert Broughton, Ph.D., professeur émérite, Université McGill, Campus Macdonald, Faculté des sciences de l’agriculture et de l’environnement, Département du génie des bioressources, Sainte-Anne-de-Bellevue Pierre Jutras, ing., agr., consultant Robert Lagacé, Ph.D., ing., agr., professeur, Université Laval, Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation, Département des sols et de génie agroalimentaire, Sainte-Foy ÉDITION Chantale Ferland, M.Sc., chargée de projets, Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec, Sainte-Foy CRAAQ
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AVANT-PROPOS
L’Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc. (AEDAQ) tient à remercier tous les intervenants et notamment le personnel du ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation (MAPAQ) pour leur implication dans la rédaction de ce document de référence et pour leur appui à la réforme de l’industrie du drainage souterrain agricole au Québec. Une nouvelle norme sur le drainage souterrain agricole a été publiée par le Bureau de normalisation du Québec en 2005 sous le titre Service de drainage agricole – Critères de qualité (BNQ 3624-540). Celle-ci réfère au Recueil de bonne pratique des équipements laser et des accessoires de drainage produit par l’AEDAQ ainsi qu’au présent ouvrage. Ces trois documents forment un tout et ont pour objectif de donner aux entrepreneurs en drainage souterrain ainsi qu’à leurs techniciens de champ et opérateurs d’équipement lourd toute l’information nécessaire pour maximiser la qualité des recommandations et des travaux de drainage souterrain agricole. Ces références seront également très utiles aux concepteurs de projets de drainage souterrain ou de travaux accessoires et aux producteurs agricoles. L’AEDAQ est confiante que cette réforme contribuera de façon positive à la conservation et à la protection du patrimoine national que constitue l’infrastructure de drainage souterrain agricole du Québec.
Association des entrepreneurs en drainage agricole du Québec inc. (AEDAQ)
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TABLE DES MATIÈRES 1.
INTRODUCTION.................................................................................................................................. 1
1.1
UN RETOUR SUR QUELQUES NOTIONS ....................................................................................................1
1.2
LES TYPES DE SOL SUSCEPTIBLES DE BÉNÉFICIER D’UN DRAINAGE SOUTERRAIN ...................2
1.3 LE DRAINAGE PARTIEL ET LE DRAINAGE SYSTÉMATIQUE.................................................................2 1.3.1 Le drainage partiel .........................................................................................................................................2 1.3.2 Le drainage systématique .............................................................................................................................2 1.4
LE DRAINAGE DE SURFACE ET LE DRAINAGE SOUTERRAIN ..............................................................3
2.
L’ÉLABORATION D’UN PROJET DE DRAINAGE SOUTERRAIN ......................................................... 4
2.1
LA COLLECTE DES INFORMATIONS ET DES DONNÉES DISPONIBLES .............................................4
2.2
L’ENTREVUE AVEC LE PRODUCTEUR .......................................................................................................4
2.3 LES RELEVÉS ET LES INVESTIGATIONS SUR LE TERRAIN ..................................................................5 2.3.1 La topographie ................................................................................................................................................5 2.3.2 Les sols ..............................................................................................................................................................6 3.
LES CRITÈRES DE CONCEPTION D’UN SYSTÈME DE DRAINAGE SOUTERRAIN .................................8
3.1
LES LIMITES D’APPLICATION DU DRAINAGE SOUTERRAIN ................................................................8
3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5
L’ÉCARTEMENT ENTRE LES LIGNES DE DRAINS ...................................................................................8
3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4
L’INSTALLATION DES DRAINS.................................................................................................................. 13
3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5
LES CALCULS HYDRAULIQUES ................................................................................................................ 17
3.5
LE PLAN DE DRAINAGE ............................................................................................................................. 20
Le taux de rabattement de la nappe phréatique .....................................................................................8 La porosité de drainage .................................................................................................................................9 Le coefficient de drainage .......................................................................................................................... 10 La conductivité hydraulique ..................................................................................................................... 10 Le calcul de l’écartement entre les lignes de drains ............................................................................ 11 La disposition des drains latéraux ........................................................................................................... 13 La disposition du drain intercepteur ....................................................................................................... 14 La profondeur d’installation des drains .................................................................................................. 15 La disposition des collecteurs.................................................................................................................... 16 La pente maximale des collecteurs ................................................................................................. 17 Le diamètre minimal des drains ..................................................................................................... 17 La longueur des drains .................................................................................................................... 18 La capacité d’évacuation des drains ............................................................................................... 18 Le dimensionnement des collecteurs .............................................................................................. 20
3.6 CONSIDÉRATIONS PARTICULIÈRES ....................................................................................................... 21 3.6.1 La sensibilité des sols au remaniement lors des travaux ................................................................... 21 3.6.2 Le colmatage ferrique ................................................................................................................................. 23
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4.
LES MATÉRIAUX FILTRANTS ........................................................................................................... 27
4.1
GÉNÉRALITÉS .............................................................................................................................................. 27
4.2 LES PROPRIÉTÉS PERTINENTES DES FILTRES GÉOTEXTILES ........................................................ 27 4.2.1 Les propriétés mécaniques ........................................................................................................................ 28 4.2.2 La résistance aux ultraviolets................................................................................................................... 28 4.3
LA SÉLECTION DES FILTRES GÉOTEXTILES ........................................................................................ 29
4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3
LA RECONNAISSANCE VISUELLE DES SOLS PROBLÉMATIQUES .................................................... 30
5.
LA RESTAURATION OU LES AMÉLIORATIONS AUX SYSTÈMES DE DRAINAGE EXISTANTS ....... 34
5.1
L’ANALYSE DE LA SITUATION .................................................................................................................. 34
5.2
LES MODIFICATIONS À APPORTER À UN SYSTÈME EXISTANT ........................................................ 35
6.
LES STRUCTURES AUXILIAIRES....................................................................................................... 36
6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4
L’AVALOIR ..................................................................................................................................................... 36
6.2 6.3
LE PUITS D’INFILTRATION OU DE CAPTAGE ........................................................................................ 39
7.
LE RESPECT DE L’ENVIRONNEMENT............................................................................................... 41
7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3
LA PROMOTION DES BONNES PRATIQUES ENVIRONNEMENTALES .............................................. 41
8.
LES EXIGENCES GÉNÉRALES RELATIVES À L’INSTALLATION D’UN CONTRÔLE DU NIVEAU DE LA NAPPE PHRÉATIQUE ET D’UN SYSTÈME D’IRRIGATION SOUTERRAINE............. 43
8.1
LE CONTRÔLE DU NIVEAU DE LA NAPPE : LES CONDITIONS PRÉALABLES
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4
Les sables limoneux uniformes (SM) ....................................................................................................... 31 Les limons inorganiques de faible plasticité (ML) ................................................................................ 31 Les argiles inorganiques de faible plasticité (CL) ................................................................................ 31
L’avaloir et le système de drainage ......................................................................................................... 36 L’avaloir et le déversoir de crues .............................................................................................................. 36 Le dimensionnement des avaloirs ............................................................................................................ 37 Les autres types d’avaloir .......................................................................................................................... 38 LA TRANCHÉE FILTRANTE ....................................................................................................................... 39
Le reprofilage des cours d’eau municipaux ............................................................................................ 41 La protection des sorties de collecteurs .................................................................................................. 41 Les techniques à privilégier pour le drainage de surface ................................................................... 42
NÉCESSAIRES POUR ASSURER UN FONCTIONNEMENT ADÉQUAT ................................................ 43
Le terrain....................................................................................................................................................... 43 Le sol .............................................................................................................................................................. 43 L’installation d’un dispositif de contrôle de nappe ............................................................................... 43 Le plan d’un système de contrôle ............................................................................................................. 44
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8.2
L’IRRIGATION SOUTERRAINE : LES CONDITIONS PRÉALABLES NÉCESSAIRES
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4
Le calcul de l’écartement des drains ............................................................................................... 44 Les paramètres spécifiques à l’irrigation souterraine ................................................................... 45 La qualité de l’eau d’adduction ....................................................................................................... 48 Le contenu du rapport pour un projet d’irrigation souterraine ......................................................... 48
9.
POUR ASSURER UN FONCTIONNEMENT ADÉQUAT............................................................................ 44
LA STATION DE POMPAGE ................................................................................................................ 49
9.1
GÉNÉRALITÉS .............................................................................................................................................. 49
9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5
LES PARAMÈTRES DE CONCEPTION ...................................................................................................... 49
La capacité de la station de pompage...................................................................................................... 49 Les types de pompes.................................................................................................................................... 49 Le réservoir ................................................................................................................................................... 49 La grille à débris .......................................................................................................................................... 50 La protection de l’émissaire....................................................................................................................... 50
RÉFÉRENCES ................................................................................................................................................ 51 ANNEXE A – Code de bonne pratique en drainage souterrain (articles 5.1 et 6.6) ............................................. 52 A.1
Avant les travaux ........................................................................................................................................ 52
A.2
Pendant les travaux .................................................................................................................................... 52
A.3
Après les travaux ......................................................................................................................................... 55
ANNEXE B – Longueurs de drain permises en fonction du débit unitaire, du diamètre du tuyau et des pentes .................................................................................................................................. 56
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1. INTRODUCTION Le drainage souterrain a essentiellement pour but d’évacuer l’eau de gravité contenue dans le sol (2 à 5 % du volume total du sol). Sous le climat québécois, les nappes d’eau élevées et l’humidité excessive du sol sont des conditions fréquemment rencontrées au printemps, à l’automne et à la suite de périodes de pluie prolongées au cours de l’été. De plus, certains terrains présentent des nappes d’eau élevées du fait de leur emplacement (au bas d’une pente ou dans une dépression par exemple). Quand le rabattement naturel de la nappe n’est pas suffisamment rapide pour ressuyer la zone des racines en deux ou trois jours, il faut considérer l’amélioration du drainage par des moyens artificiels. L’installation d’un système de drainage souterrain représente souvent la meilleure solution. 1.1 UN RETOUR SUR QUELQUES NOTIONS En général, le drainage souterrain :
Permet de travailler le sol dans de meilleures conditions; Permet d’ensemencer plus tôt au printemps; Permet une meilleure assimilation des engrais par les plantes; Permet de récolter dans de bonnes conditions; Augmente le rendement des cultures; Améliore la structure du sol; Réduit le coût des travaux au champ.
Le drainage aère les sols dont les pores seraient autrement constamment remplis d’eau. Un volume de sol saturé d’eau est plus difficile à réchauffer que ce même volume de sol ressuyé. L’évaporation de l’eau dans les premiers centimètres du profil entraîne une grande dépense énergétique et retarde ainsi le réchauffement du sol au printemps. La température d’un sol drainé peut être de 2 à 5 oC supérieure à celle d’un sol non drainé à la même date. L’aération et le réchauffement du sol accroissent l’activité microbienne nécessaire à la décomposition des résidus, lesquels améliorent indirectement la fertilité du sol. D’autre part, après la mise en place d’un système de drainage, la structure du sol s’améliore : le sol devient plus friable et il se forme de plus en plus d’agrégats et de macropores. Dans un sol drainé, la croissance du système racinaire peut s’effectuer correctement et en profondeur. Par exemple, pour les céréales, la profondeur d’enracinement peut atteindre 80 centimètres et pour le maïs, jusqu’à 120 centimètres. Lors d’un été sec, les racines pourront descendre à un niveau où elles seront en mesure de capter de l’humidité. À l’opposé, si la nappe d’eau demeure très élevée, les racines resteront en surface et, par temps sec, leur capacité à puiser de l’eau sera réduite. Cet avantage du drainage souterrain pour contrer les sécheresses vaut surtout pour les sols argileux. Pour les sols très perméables en profondeur, notamment les sables et les sols organiques, il est préférable d’installer des chambres de contrôle afin de garder l’eau à un niveau élevé dans le sol une fois le printemps passé.
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Introduction
1.2 LES TYPES DE SOL SUSCEPTIBLES DE BÉNÉFICIER D’UN DRAINAGE SOUTERRAIN Les sols qui sont perméables en profondeur se drainent naturellement bien. D’autres comme les argiles qui retiennent l’eau excédentaire trop longtemps doivent être égouttés ou drainés artificiellement. Au Québec, une majorité de terres auraient avantage à être drainées en raison du climat frais et humide et du drainage naturel des sols souvent déficient. Le drainage est particulièrement recommandé pour les types de terres suivants :
Toutes les terres basses et humides à faible pente, spécialement les terres argileuses et limoneuses lorsque la nappe élevée, retarde l’entrée au champ et les travaux avec la machinerie agricole;
Toutes les terres noires ou tourbeuses, généralement acides, qui ne pourront pas être améliorées sans drainage;
Toutes les terres situées au pied des coteaux humides où la nappe se maintient près de la surface;
Les baissières naturelles où la nappe demeure trop élevée.
1.3 LE DRAINAGE PARTIEL ET LE DRAINAGE SYSTÉMATIQUE Le drainage souterrain se divise en drainage « partiel » et en drainage « systématique ». 1.3.1 Le drainage partiel Pour plusieurs producteurs, le drainage de leurs terres peut se limiter aux secteurs présentant un excès d’humidité, comme les bas fonds par exemple. Dans de tels cas, quelques drains isolés suffiront. Leur pose ne demandera pas de travaux préliminaires importants, ni la confection d’un plan complet comme le requiert un drainage systématique. En tout temps, il est recommandé de disposer un drainage partiel de telle sorte qu’il puisse facilement être transformé, par l’addition de lignes de drains, en un drainage systématique (souvent par zones) si plus tard le besoin s’en faisait sentir. 1.3.2 Le drainage systématique Les producteurs qui possèdent des champs relativement plats avec une nappe phréatique se maintenant à un niveau trop élevé auront avantage à drainer toutes leurs terres uniformément. Cela se réalise au moyen d’un réseau de drains formant un système complet, composé de files de drains latéraux se déversant dans des collecteurs, qui se déverseront eux-mêmes dans une décharge ou dans un cours d’eau.
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Introduction
1.4 LE DRAINAGE DE SURFACE ET LE DRAINAGE SOUTERRAIN Le drainage souterrain ne peut, dans un grand nombre de cas, remplacer le drainage de surface. L’égouttement de surface permet d’assainir les zones où l’eau stagne en été aussi bien qu’en hiver. En hiver, les zones d’eau stagnante peuvent causer des dommages aux cultures pérennes. Les racines des plantes sont asphyxiées lorsqu’elles se trouvent prises au piège dans l’eau et la glace. Le taux d’infiltration de l’eau dans un sol argileux peu perméable peut être aussi faible que 8 à 10 millimètres/jour. Souvent, les précipitations dépassent de façon importante ces valeurs. C'est par ruissellement de surface que s'évacue une grande partie de l'eau de pluie. Le drainage souterrain et l’égouttement de surface ont donc des rôles complémentaires mais distincts à jouer. Dans les cultures intensives, le drainage de surface ne peut remplacer un bon drainage souterrain. L’explication réside dans le fait que l’abaissement naturel de la nappe phréatique prend trop de temps pour assurer des semis tôt au printemps et des récoltes tard à l’automne dans de bonnes conditions. Pendant la saison de croissance, sans drainage souterrain, la nappe phréatique peut ne pas descendre dans un délai raisonnable et les cultures s’en trouveraient affectées. Plusieurs jours de temps très sec sont nécessaires pour obtenir un abaissement de la nappe équivalent à ce que le drainage souterrain peut réaliser en une ou deux journées. Cependant, pour des pâturages naturels permanents, le drainage souterrain peut s’avérer moins essentiel. Le creusage de fossés profonds pour rabattre la nappe est une alternative qui requiert un investissement initial beaucoup moins important que le drainage souterrain. Cependant, ces fossés, en plus de nécessiter un entretien périodique, sont susceptibles d’entraîner une grande quantité de sédiments vers les cours d’eau. Ils occasionnent aussi une perte de terrain et compliquent la circulation de la machinerie. Par conséquent, le rabattement de la nappe par ce moyen ne représente pas une solution recommandable, sauf dans certains types de sol où l’installation d’un système de drainage souterrain n’est pas indiquée en raison de contraintes importantes posées par le sol et la topographie.
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