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MEMOIRE DE
Auteur : Nicolas LUTZ INSA Strasbourg, Spcialit Gnie Civil, Option Amnagement du Territoire
Tuteur Entreprise : Franois Charg dtudes, LOLLIER Ingnierie
Tuteur INSA Strasbourg : Matre de confrences, INSA Strasbourg
ETUDE DES TECHNIQUES
DES EAUX PLUVIALES E
EMOIRE DE PROJET DE FIN DETUDES- Spcialit Gnie Civil -
INSA Strasbourg, Spcialit Gnie Civil, Option Amnagement du Territoire
Franois SCHIESTEL Charg dtudes, LOLLIER Ingnierie
Tuteur INSA Strasbourg : Abdelali TERFOUS INSA Strasbourg
TUDE DES TECHNIQUES ALTERNATIVES DE GEST
DES EAUX PLUVIALES ET USEES EN AMENAGEME
TUDES
Juin 2010
ALTERNATIVES DE GESTION
T USEES EN AMENAGEMENT
2 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
REMERCIEMENTS
En premier lieu, je tiens adresser mes remerciements les plus sincres M. Samuel LOLLIER, Grant de la
socit, Ingnieur ENSAIS 95, qui ma donn la possibilit deffectuer ce stage au sein de son bureau dtudes
spcialis en voirie et rseaux divers ainsi quen amnagement despaces publics ou privs.
Ensuite, je souhaite exprimer ma reconnaissance mon tuteur de stage, M. Franois SCHIESTEL, charg
daffaires, Ingnieur ENSAIS 95, pour son encadrement, ses avis, ses explications, et pour le partage de son
exprience.
Je dsire galement remercier mon tuteur de lINSA de Strasbourg, M. Abdelali TERFOUS, Matre de
confrences, pour son suivi rgulier et pour ses conseils ayant permis la concrtisation de ce projet.
Un grand merci lensemble de mes collgues de bureau, en particulier Mlle
Anne-Sophie KAPP, lve-
ingnieur de lINSA de Strasbourg, avec qui jai travaill, qui ma fournie les informations ncessaires relatives
au projet du quartier Rives du Bohrie Ostwald ayant servi dapplication pratique ce travail.
Enfin, je remercie toutes les personnes qui ont contribu, par leur participation, mon enqute sur
lacceptabilit des techniques alternatives, ainsi qu la socit Ordimat pour la ralisation du site Internet.
3 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
RESUME On assiste depuis quelques annes lessor de techniques dites alternatives dans une conjoncture mettant au
premier plan les principes du dveloppement durable dans ses aspects conomique, social et environnemental.
Dans ce contexte, les techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses (bassins, noues, filtres
plants de roseaux) commencent srieusement concurrencer les techniques dites classiques
(sparateurs hydrocarbures, dcanteurs, stations dpuration) dans la conception des projets
damnagement.
Une analyse critique de la situation peut amener soulever quelques questions : lemploi de ces techniques
alternatives est-il pertinent et justifi ? Peut-on rellement se passer des techniques classiques ? Les
techniques alternatives prsentent-elles des performances suffisantes ? Sont-elles vraiment moins onreuses ?
Comment sont-elles perues ? Leur emploi actuel est-il un gage de leur prennit ou est-ce uniquement un
phnomne de mode ?
Autant de questions qui suscitent une rflexion approfondie afin de guider les acteurs de leau en gnral, et
les bureaux dtudes en particulier, vers un changement de stratgies dans la gestion des eaux.
Ainsi, ce projet de fin dtudes sattache rpondre ces interrogations en mettant en relation tous les
lments caractrisant ces techniques, en particulier lefficacit de dpollution des eaux, les conditions
dutilisation et bien sr les cots, pour en dgager des conclusions sur la base dtudes comparatives. Par
ailleurs, une analyse du contexte rglementaire a t ralise et lacceptabilit de ces techniques par tous les
acteurs des projets a t sonde au moyen dune enqute. Enfin, le mmoire se termine par une tude de cas
de gestion alternative des eaux sur le projet Rives du Bohrie Ostwald dans la banlieue strasbourgeoise
(Bas-Rhin).
Mots cls : techniques alternatives, eaux pluviales, eaux uses, efficacit, acceptabilit sociale.
ABSTRACT We attend for some years the development of alternative technologies in the current climate which forwards
the sustainable development principles in its environmental, economic and social aspects.
In this context, the alternative techniques of storm water and waste water management (wet ponds, swales,
reed beds filters) begin seriously to compete with the classical techniques (hydrocarbon separators,
decanters, water-treatment plants) in the conception of urban development projects.
A critical analysis of that situation can raise some questions: is the use of these alternatives techniques relevant
and justified? Can we really do without the classical techniques? Are the alternative techniques efficient
enough? Are they really less expensive? How are they perceived? Is their current use a security of their
perpetuity or is it only a phenomenon of fashion?
So many questions which arouse an in-depth reflection to guide actors concerned in water management in
general and engineering consulting firms in particular towards a change of strategy in the management of
water.
So, this civil-engineering graduation project attempts to answer these questions by putting in relation all the
elements characterising these techniques, in particular the efficiency of waters purification, the conditions of
use and naturally the costs, to draw conclusions on the basis of comparative studies. Besides, an analysis of the
regulatory context was realised and the alternatives technologies acceptability was sounded by means of a
sample survey by all the actors of projects. Finally, the report ends with a case study of an integrated rainwater
management into the project "Rives du Bohrie" in Ostwald situated in the suburb of Strasburg (Bas-Rhin).
Keywords: alternative techniques, rain water, waste water, efficiency, social acceptability.
4 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
SOMMAIRE
INTRODUCTION ..................................................................................................................... 9
PARTIE 1 : PRESENTATION ET ENJEUX ........................................................................................10
1. Dfinition du cadre de ltude ................................................................................................................. 10 1.1. But de ltude .................................................................................................................................. 10 1.2. Cadre de ltude .............................................................................................................................. 10
2. Prsentation des techniques alternatives................................................................................................ 10 2.1. Enjeux et problmatique de la gestion des eaux ............................................................................ 10 2.2. Dfinition des techniques alternatives ........................................................................................... 12 2.3. Principaux avantages ....................................................................................................................... 12 2.4. Principaux freins leur utilisation ................................................................................................... 13
PARTIE 2 : ASPECT JURIDIQUE ET REGLEMENTAIRE .........................................................................14
1. Contexte ................................................................................................................................................... 14
2. Dispositions lgislatives et rglementaires .............................................................................................. 14 2.1. Rglementation relative aux eaux pluviales .................................................................................... 14 2.2. Rglementation relative aux eaux uses......................................................................................... 15
3. Conclusion ................................................................................................................................................ 15
PARTIE 3 : ETAT DES LIEUX DES TECHNIQUES CLASSIQUES .................................................................16
1. Techniques classiques en eaux pluviales ................................................................................................. 16 1.1. Sparateurs hydrocarbures .......................................................................................................... 16 1.2. Dcanteurs ...................................................................................................................................... 18 1.3. Dbourbeurs ................................................................................................................................... 21 1.4. Autres systmes .............................................................................................................................. 22 1.5. Conclusions sur l'efficacit des ouvrages ........................................................................................ 23
2. Techniques classiques en eaux uses ...................................................................................................... 24 2.1. Assainissement collectif : Station dpuration ................................................................................ 24 2.2. Assainissement non collectif (autonome) ....................................................................................... 25 2.3. Conclusions sur l'efficacit des ouvrages ........................................................................................ 29
PARTIE 4 : TECHNIQUES ALTERNATIVES EN EAUX PLUVIALES..............................................................30
1. Nature et caractristiques des eaux pluviales ......................................................................................... 30 1.1. Dfinition des principaux paramtres de pollution ........................................................................ 30 1.2. Quantits de pollution selon la provenance des eaux .................................................................... 30 1.3. Dfinition des types de pollution .................................................................................................... 32
2. Techniques de dpollution....................................................................................................................... 33 2.1. Dcantation ..................................................................................................................................... 33 2.2. Filtration .......................................................................................................................................... 34 2.3. Phyto-rmdiation ou dpollution par les plantes ......................................................................... 34
3. Prsentation des systmes alternatifs en eaux pluviales ........................................................................ 34 3.1. Noues - fosss enherbs ................................................................................................................. 34 3.2. Tranches drainantes ...................................................................................................................... 36 3.3. Puits dabsorption ........................................................................................................................... 37 3.4. Bassins secs et en eau ..................................................................................................................... 39 3.5. Chausses structure rservoir ...................................................................................................... 42 3.6. Toitures terrasses et toitures vgtalises..................................................................................... 44 3.7. Citernes ........................................................................................................................................... 46 3.8. Autres systmes .............................................................................................................................. 47
4. Conditions dutilisation des systmes alternatifs .................................................................................... 49 4.1. Caractristiques en fonction des contraintes du site ...................................................................... 49 4.2. Choix dune technique en fonction du site ..................................................................................... 51
5 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
5. Comparaison des cots ............................................................................................................................ 52 5.1. Rcapitulatif des cots des techniques alternatives ....................................................................... 52 5.2. Approche des cots par rapport aux techniques classiques ........................................................... 53 5.3. Conclusion ....................................................................................................................................... 55
6. Comparaison de lefficacit des techniques ............................................................................................ 55 6.1. Efficacit des techniques alternatives ............................................................................................. 55 6.2. Conclusions ..................................................................................................................................... 56
7. Comparaison multicritre des techniques alternatives ........................................................................... 56 7.1. Objet de ltude .............................................................................................................................. 56 7.2. Attribution des notes et pondrations ............................................................................................ 57 7.3. Rsultats .......................................................................................................................................... 58 7.4. Conclusions ..................................................................................................................................... 58
8. Calcul de la pollution ................................................................................................................................ 59 8.1. Prcisions et hypothses de calculs de la DDT ................................................................................ 59 8.2. Etablissement dune feuille de calcul .............................................................................................. 60
PARTIE 5 : TECHNIQUES ALTERNATIVES EN EAUX USEES ...................................................................61
1. Nature et caractristiques des eaux uses .............................................................................................. 61 1.1. Dfinition des principaux paramtres de pollution ........................................................................ 61 1.2. Notion dquivalent habitant (EH) .................................................................................................. 61 1.3. Dfinition des types deaux uses ................................................................................................... 61 1.4. Charges polluantes des eaux uses ................................................................................................. 62
2. Terminologie pr-requise - Techniques de dpollution ........................................................................... 62
3. Prsentation des systmes alternatifs en eaux uses ............................................................................. 63 3.1. Lagunage ......................................................................................................................................... 63 3.2. Filtre infiltration-percolation ........................................................................................................ 66 3.3. Filtres plants de roseaux ............................................................................................................... 67 3.4. Autres systmes .............................................................................................................................. 69
4. Conditions dutilisation des systmes alternatifs .................................................................................... 71
5. Comparaison des cots ............................................................................................................................ 72 5.1. Rcapitulatif des cots des techniques alternatives ....................................................................... 72 5.2. Cots par rapport aux techniques classiques .................................................................................. 72
6. Comparaison de lefficacit des techniques ............................................................................................ 72 6.1. Efficacit des techniques alternatives ............................................................................................. 72 6.2. Conclusions ..................................................................................................................................... 73
7. Comparaison multicritre des techniques ............................................................................................... 74 7.1. Objet de ltude et notation ........................................................................................................... 74 7.2. Rsultats .......................................................................................................................................... 74 7.3. Conclusions ..................................................................................................................................... 74
8. Calcul de la pollution ................................................................................................................................ 74
PARTIE 6 : ACCEPTABILITE SOCIALE ............................................................................................75
1. Objet ........................................................................................................................................................ 75
2. Mthodologie et questions de lenqute ................................................................................................ 75
3. Rsultats et commentaires ...................................................................................................................... 75 3.1. Participations .................................................................................................................................. 75 3.2. Rsultats .......................................................................................................................................... 76
4. Commentaires, axes de rflexion et pistes damlioration ..................................................................... 80 4.1. La connaissance des techniques et pratiques dutilisation actuelles .............................................. 80 4.2. Lavenir des techniques alternatives ............................................................................................... 80 4.3. Les caractristiques et les performances des techniques alternatives ........................................... 81 4.4. La communication et les informations ............................................................................................ 81 4.5. Le volet commercial et financier ..................................................................................................... 82 4.6. Rflexions diverses .......................................................................................................................... 83
5. Conclusions .............................................................................................................................................. 83
6 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
PARTIE 7 : ETUDE DE CAS LES RIVES DU BOHRIE A OSTWALD .........................................................84
1. Prsentation du projet ............................................................................................................................. 84
2. Assainissement pluvial du projet ............................................................................................................. 84 2.1. Gestion des eaux pluviales de voiries.............................................................................................. 84 2.2. Gestion des eaux pluviales de toitures et des espaces verts .......................................................... 85 2.3. Justification des techniques alternatives ........................................................................................ 85
3. Vrification de limpact sur le milieu naturel ........................................................................................... 85 3.1. Donnes hydrologique du site ........................................................................................................ 85 3.2. Impact de la pollution chronique .................................................................................................... 86 3.3. Impact de la pollution accidentelle ................................................................................................. 86
4. Conclusion ................................................................................................................................................ 86
CONCLUSION .......................................................................................................................87
BIBLIOGRAPHIE ....................................................................................................................88
Ouvrages, articles et revues .............................................................................................................................. 88
Sites Internet ..................................................................................................................................................... 90
7 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Les grandes tapes de lassainissement ................................................................................................ 10
Figure 2 : Sparateur hydrocarbures.................................................................................................................. 16
Figure 3 : Sparateur hydrocarbures Techneau avec by-pass ............................................................................ 16
Figure 4 : Schma dun dcanteur horizontal ....................................................................................................... 18
Figure 5 : Schma dun dcanteur flux horizontal (thorie de Hazen) ............................................................... 19
Figure 6 : Schma dun dcanteur lamellaire ........................................................................................................ 19
Figure 7 : Dcanteurs contre-courant ( gauche), dcanteurs courant crois (au centre) et dcanteur
particulaire lamellaire en acier de Techneau ( droite) ........................................................................................ 20
Figure 8 : Schma type dun dbourbeur .............................................................................................................. 21
Figure 9 : Schma de fonctionnement dune station dpuration ........................................................................ 24
Figure 10 : Schma de principe dune fosse septique ........................................................................................... 26
Figure 11 : Dcanteur-digesteur horizontal de Sebico .......................................................................................... 27
Figure 12 : Micro station dpuration WPL Diamond ........................................................................................... 28
Figure 13 : Schma dun bac graisse .................................................................................................................. 29
Figure 14 : Noue ( gauche) et fosss d'infiltration ( droite) quipant le quartier Vauban Fribourg ............... 35
Figure 15 : Schma dune tranche drainante ( gauche) et Tranche dinfiltration Lyon ( droite) ................ 36
Figure 16 : Schma dun puits dinfiltration .......................................................................................................... 38
Figure 17 : Bassin en eau ....................................................................................................................................... 39
Figure 18 : Bassin sec ............................................................................................................................................ 39
Figure 19 : Profil en travers dune chausse rservoir (lotissement au lieu-dit "Kreuzel" Rossfeld) ................. 42
Figure 20 : Chausse a structure rservoir avec infiltration ................................................................................. 42
Figure 21 : Principe de stockage deau en toiture ................................................................................................. 44
Figure 22 : Toiture vgtalise Optigreen ............................................................................................................. 44
Figure 23 : Types de vgtation dune Toiture vgtalise .................................................................................. 45
Figure 24 : Cuve de rcupration eau de pluie Aquamop de Simop ..................................................................... 46
Figure 25 : Le module d'pandage Graf ................................................................................................................ 47
Figure 26 : Parking vgtalis ( gauche) et revtements absorbants ( droite) ................................................. 48
Figure 27 : Graphique des abattements des systmes pour chaque paramtre .................................................. 56
Figure 28 : Classes de qualit de leau douce pour quelques paramtres chimiques et microbiologiques ......... 59
Figure 29 : Principe de la mthode de dilution ..................................................................................................... 60
Figure 30 : Charge polluante journalire produite par quivalent-habitant ........................................................ 61
Figure 31 : Macrophytes en plan deau................................................................................................................. 63
Figure 32 : Coupe transversale dun systme classique de lagunage ................................................................... 63
Figure 33 : Lagunage naturel Gommersdorf ( gauche) et Lagunage r ( droite) ........................................ 64
Figure 34 : Systme de bassin dinfiltration-percolation ...................................................................................... 66
Figure 35 : Schma dun filtre plant coulement vertical ................................................................................ 67
Figure 36 : Schma dun filtre plant coulement horizontal ............................................................................ 68
Figure 37 : Principe des lits plants de macrophytes ............................................................................................ 69
Figure 38 : Jardins filtrants Phytorestore ............................................................................................................ 70
Figure 39 : Lits filtrants (a gauche) et tertre dinfiltration ( droite)..................................................................... 70
Figure 40 : Graphique des abattements des systmes pour chaque paramtre .................................................. 73
Figure 41 : Frquence dutilisation ....................................................................................................................... 76
Figure 42 : Obectifs d'un amnagement ............................................................................................................... 77
Figure 43 : Connaissance des possibilits ............................................................................................................. 77
Figure 44 : Prise en compte du dveloppement durable ...................................................................................... 78
8 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
Figure 45 : Les techniques alternatives en tant qu'argument de vente ................................................................ 78
Figure 46 : Emprises ddies aux techniques ....................................................................................................... 79
Figure 47 : Plan damnagement gnral de la ZAC ............................................................................................. 84
Figure 48 : Gestion des eaux de voiries ................................................................................................................. 84
Figure 49 : Gestion des eaux de toitures............................................................................................................... 85
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Exemple de sparateurs du fournisseur Franceaux ........................................................................... 17
Tableau 2 : Les 3 types de dcanteurs lamellaires ................................................................................................ 20
Tableau 3 : Taux dabattement des MES selon la vitesse de chute ...................................................................... 21
Tableau 4 : Charges et concentrations des eaux de ruissellement pluvial de voirie, parking, toitures et espaces
verts ...................................................................................................................................................................... 32
Tableau 5 : Masses de polluants rejetes dans les eaux de ruissellement (en kg/ha/an) .................................... 32
Tableau 6 : Masses de polluants (en kg) vhicules par hectare de surface impermabilise (toitures et
chausses) pour des vnements de 6 mois 5 ans de priode de retour .......................................................... 33
Tableau 7 : Rendements sur les flux annuels ........................................................................................................ 35
Tableau 8 : Exemple dabattement de tranche dinfiltration mesur ................................................................. 37
Tableau 9 : Taux d'abattement des matires en suspension contenue dans les eaux pluviales .......................... 40
Tableau 10 : Rendement puratoire en fonction du temps de sjour (en %) ....................................................... 40
Tableau 11 : Abattement moyen des chausses rservoirs .................................................................................. 43
Tableau 12 : Choix dune technique alternative EP en fonction des contraintes du site ...................................... 51
Tableau 13 : Choix dune technique alternative EP en fonction du type durbanisme ......................................... 52
Tableau 14 : Tableau des cots des techniques alternatives en eaux pluviales ................................................... 52
Tableau 15 : Comparaison dune noue avec un rseau EP ................................................................................... 54
Tableau 16 : Comparaison dune noue avec un rseau EP (sans prise en compte du foncier) ............................. 54
Tableau 17 : Comparaison dune chausse rseroir avec une chausse classique ............................................... 54
Tableau 18 : Tableau des abattements moyen des techniques alternatives EP ................................................... 55
Tableau 19 : Critres de notation ......................................................................................................................... 57
Tableau 20 : Pondrations des critres en fonction du milieu ............................................................................. 57
Tableau 21 : Rsultats de ltude comparative des techniques alternatives EP ................................................... 58
Tableau 22 : Charges polluantes des eaux uses domestiques ............................................................................ 62
Tableau 23 : Types de laguange naturel ............................................................................................................... 64
Tableau 24 : Choix dune technique alternative EU en fonction des contraintes du site ..................................... 71
Tableau 25 : Choix dune technique alternative EU en fonction de la capacit et de lemprise disponible ......... 71
Tableau 26 : Tableau des cots des techniques alternatives en eaux uses ........................................................ 72
Tableau 27 : Tableau des abattements moyen des techniques alternatives EU .................................................. 72
Tableau 28 : Tableau des abattements moyen des techniques alternatives EU par rapport aux techniques
classiques .............................................................................................................................................................. 73
Tableau 29 : Rsultats de ltude comparative des techniques alternatives EU .................................................. 74
Tableau 30 : Taux de participation lenqute ..................................................................................................... 75
Tableau 31 : Impact de la pollution chronique ..................................................................................................... 86
9 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
INTRODUCTION
Dans le cadre de ma formation dingnieur en Gnie Civil, jai effectu mon stage de fin dtudes dans le
bureau dtudes LOLLIER Ingnierie. Son grant, M. Samuel LOLLIER, ma propos et confi la mission de
fournir une tude dtaille des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en
amnagement.
Ltude doit mener une justification ou non de lemploi des techniques alternatives pour remplacer terme
les techniques classiques (sparateurs dhydrocarbures, dcanteurs, stations dpuration).
Ces techniques alternatives constituent notamment un enjeu considrable pour tous les bureaux dtudes. En
effet, ces derniers doivent capitaliser un certain nombre de connaissances et changer leur mode de conception
habituel des ouvrages pour pouvoir rpondre aux nouvelles exigences de leurs clients qui sont dsormais
rsolument orientes vers des amnagements durables.
Ainsi, les objectifs de ce travail sont danalyser en dtail le fonctionnement des principaux systmes alternatifs
mais aussi des systmes classiques, de conclure sur leur efficacit, leurs cots, leurs avantages et inconvnients
et leurs conditions dutilisation. Ltude a pour objet de comparer tous les paramtres affrents ces
techniques, pour en dgager des conclusions prcises et dtablir des tableaux de synthse directement
exploitables par le bureau dtudes.
Afin datteindre ces objectifs, il convient de raliser un travail de recherche bibliographique important, puis de
mettre en relation toutes les informations recueillies afin de proposer plusieurs tudes comparatives et den
analyser les rsultats.
Ce mmoire dbute par une prsentation des techniques alternatives ainsi que les enjeux, ensuite il aborde
laspect juridique et rglementaire li leur utilisation, puis il propose successivement un tat des lieux des
techniques classiques, une tude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales puis uses. Enfin le
mmoire se termine sur une analyse de lacceptabilit sociale de ces techniques alternatives, et un exemple
pratique bas sur un projet rel.
10 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
PARTIE 1 : PRESENTATION ET ENJEUX
1. DEFINITION DU CADRE DE LETUDE
1.1. BUT DE LETUDE
Le prsent travail a principalement pour objectif danalyser les caractristiques des diffrentes techniques
(classiques et alternatives) de gestion des eaux pluviales et uses et de les confronter, dtudier les cots et
lefficacit des systmes alternatifs et les comparer aux systmes classiques, de dfinir les conditions
dutilisation de ces techniques alternatives, danalyser le cadre rglementaire li leur emploi et de mesurer
lacceptabilit sociale attache leur utilisation.
1.2. CADRE DE LETUDE
Lassainissement des agglomrations a pour but dassurer la collecte, le transit, au besoin la rtention de
lensemble des eaux pluviales et uses, et de procder aux traitements avant leur rejet dans le milieu naturel.
FIGURE 1 : LES GRANDES ETAPES DE LASSAINISSEMENT [1]
Le projet de fin dtudes sintresse particulirement ltape qui concerne le traitement des eaux pluviales et
uses, aussi bien par les systmes classiques que les systmes alternatifs. Toutefois, il est important de noter
que la plupart de ces systmes assurent plusieurs tapes de ces processus de gestion. Par exemple, les bassins
dinfiltration combinent la fois les fonctions de stockage, de traitement et de rejet au milieu naturel.
2. PRESENTATION DES TECHNIQUES ALTERNATIVES
2.1. ENJEUX ET PROBLEMATIQUE DE LA GESTION DES EAUX
2.1.1. EVOLUTION HISTORIQUE
Les techniciens conoivent et dimensionnent les systmes dassainissement et de drainage selon le mme
concept depuis 150 ans, savoir vacuer le plus loin et le plus vite possible les eaux de toute nature . En
effet, le dveloppement urbain a trs vite t associ la ncessit de se protger contre les inondations et
dvacuer les eaux uses, puis les eaux pluviales. Ainsi, le concept du tout--lgout ou du tout au
rseau est choisi au dbut du XIXme
sicle. Cest partir de la fin du XIXme
sicle quon assiste au
dveloppement des rseaux dassainissement suite la loi du 10 juillet 1894 sur le tout--lgout . Ce
concept prdomine jusquaux annes 1950 [2][3].
Dans les annes 1960-1970, la gnralisation de lautomobile et le dveloppement de lhabitat individuel et des
grandes zones commerciales conduisent une augmentation considrable de lurbanisation et des surfaces
impermabilises. Ce dveloppement rvle les limites des rseaux et de leur structure qui ramne les flux
hydrauliques de la priphrie nouvellement urbanise vers les centres urbains. Les dbordements de rseaux
COLLECTE TRANSIT TRAITEMENT
STOCKAGE SURVERSE MILIEU NATUREL
11 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
sont de plus en plus importants. Se dveloppe alors un concept hydraulique, notamment prconis par
lInstruction Technique de 1977. Ce sont les bassins de retenue qui visent ralentir lcoulement sur les
surfaces urbanises.
Depuis certains vnements catastrophiques marquants (notamment de type inondations), les principes dune
gestion intgre de leau dans la ville sont progressivement formaliss et diffuss. Ces principes se placent
mme au cur des proccupations des lus et de tous les acteurs intervenant dans les projets.
2.1.2. CONSTATS
Lurbanisation impermabilise lespace : leau ne sinfiltre pas dans le sol et les surfaces lisses favorisent
lacclration du ruissellement [36] ;
Les rseaux enterrs cotent chers et acclrent la monte des eaux dans les rivires : rfection de
chausse pour chaque intervention, problme de dtection des fuites, vacuation rapide de leau, risques
dinondation accrus en aval ;
Les eaux pluviales sont ingalement charges en pollution : plus elles ruissellent, plus elles risquent de se
charger en remettant en suspension les pollutions ;
Tout ce qui est enterr disparat des proccupations quotidiennes des habitants. Seuls les vnements et
dysfonctionnement du cycle de leau sont comments : inondations, assecs, et leurs multiples arrts ;
Les eaux pluviales ne sont pas ou peu valorises : le potentiel est encore peu utilis ;
Certaines stations dpuration prsentent des capacits limites cause de laugmentation de la
dmographie et de lurbanisation ;
Le traitement des eaux uses en station dpuration utilise des procds plus ou moins chimiques, dont
certains sont nuisibles lenvironnement.
2.1.3. OBJECTIFS
La collecte et la dpollution des eaux pluviales et uses constituent un impratif pour la prservation du cycle
de leau. A ce titre, l'assainissement des eaux est une tape dcisive, qui permet de maintenir la qualit de
l'environnement et des nombreuses activits lies l'eau (tourisme, pisciculture, agriculture, industrie...) et de
prvenir des risques dinondations.
Afin de mieux grer les eaux pluviales et uses, il convient donc de procder aux actions suivantes :
Intgrer la gestion des eaux pluviales dans les amnagements. La rcupration de leau de pluie
savre tre un moyen efficace pour raliser des conomies deau dans un contexte de dficit local. De
plus, la gestion en surface des eaux pluviales contribue faire pntrer la nature en ville, dynamise les
espaces publics, et peut avoir des vertus pdagogiques intressantes valoriser ;
Grer et diffrencier les eaux selon leur provenance ;
Limiter limpact de limpermabilisation sur le milieu naturel et le risque dinondation et de pollution :
laugmentation des surfaces impermables engendre des apports deaux pluviales importants dans le
rseau hydrographique de surface ainsi quune dgradation de la qualit des cours deau ;
Assurer une meilleure gestion au plus prs du cycle naturel et une meilleure prservation de la
ressource en eau en permettant linfiltration des eaux pluviales sur place ;
Traiter les eaux uses cologiquement avant de les rejeter dans le milieu naturel pour soulager les
infrastructures actuelles.
12 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
2.2. DEFINITION DES TECHNIQUES ALTERNATIVES
On entend par techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses toutes les techniques dont le
concept soppose au principe du tout au rseau. Leur objectif est non plus dvacuer le plus loin et le plus vite
possible les eaux mais de les retarder et/ou de les infiltrer. Ces techniques constituent une alternative au
rseau traditionnel de conduites, ce qui justifie leur nom. On parle galement de solutions compensatoires
(sous-entendu des effets de lurbanisation) [4].
Elles peuvent tre utilises de manire autonome, cest--dire sans rseau de conduites, ou bien peuvent tre
associs un rseau dassainissement classique. Elles peuvent tre prsentes toutes les chelles
damnagement : au niveau de la parcelle (puits, citerne, toits stockant, tertre dinfiltration), au niveau
secondaire (tranches, chausses structure rservoir, noues) ou au niveau primaire (bassins en eau,
lagunage, filtres plants de roseaux).
2.2.1. TECHNIQUES ALTERNATIVES DE GESTION DES EAUX PLUVIALES
Les techniques alternatives de gestion des eaux pluviales reposent sur deux principes : la rtention de leau
pour rguler les dbits et limiter la pollution des milieux naturels et linfiltration de leau dans le sol, lorsquelle
est possible, pour rduire les volumes scoulant vers laval.
2.2.2. TECHNIQUES ALTERNATIVES DE GESTION DES EAUX USEES
On dfinit par ces techniques, toutes celles qui sappuient sur le modle de lauto-puration de leau qui
stablit dans les milieux humides. Ces techniques offrent lavantage de ne pas utiliser de produits chimiques
de traitement, dassurer un fonctionnement plus conome en nergie, de rduire les cots dexploitation et de
permettre dans certains sites une meilleure insertion paysagre [37].
2.3. PRINCIPAUX AVANTAGES
Lutilisation de ces techniques alternatives dans la gestion des eaux permettent :
damnager : Lurbanisation de secteurs o les rseaux de collecte sont saturs est possible, alors que
les techniques classiques ne le permettent plus. Elles sadaptent au site, ce qui permet de concevoir
des projets damnagement et dassainissement en fonction des contraintes et des potentialits de
celui-ci. Par ailleurs, elles sont bien adaptes au phasage du dveloppement dun projet
durbanisation. En effet, au lieu de prvoir un grand et unique ouvrage laval de la zone urbaniser,
il est possible den construire plusieurs au fur et mesure de lurbanisation.
de participer lamlioration du cadre de vie : Les espaces amnags pour la gestion de leau peuvent
jouer un rle structurant et paysager. Moins minraux, moins denses, ils constituent souvent des
espaces de vie collectifs (jardins, terrains de sports, placettes).
de participer lducation environnementale du citoyen : Le caractre simple, local et visible des
ouvrages contribue la sensibilisation et lducation environnementale des citoyens. Ils peuvent
tre des acteurs de la gestion de leau.
de matriser les risques dinondation : La gestion la source permet de rduire les risques
dinondation en aval. En effet, il sagit de limiter limpermabilisation des surfaces pour diminuer les
quantits deau qui ruissellent. Elle permet galement de limiter les volumes raccords aux rseaux
pour viter leur dbordement en aval.
13 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
de matriser les risques environnementaux : Les techniques doivent permettre de prserver
lalimentation naturelle des nappes et des cours deau, la qualit des milieux naturels et les usages de
leau. Linfiltration sur place permet de maintenir les flux dalimentation naturelle des nappes et petits
cours deau amont, participant ainsi au maintien de la ressource. De plus, les eaux pluviales,
interceptes au plus prs du lieu o elles tombent sont moins charges en polluants, la pollution des
milieux rcepteurs est ainsi rduite.
dintroduire lcologie dans lpuration des eaux : Les eaux pluviales et uses peuvent tre traites par
des procds biologiques et naturels. En effet, pour purifier les eaux, on peut utiliser les capacits
naturelles de filtrage et dabsorption des plantes et des vgtaux (phnomnes d'auto-puration),
comme les macrophytes par exemple.
d'optimiser les cots : Lexprience montre souvent que les solutions alternatives sont moins
onreuses en investissement que les solutions classiques. De plus, la plurifonctionnalit des
quipements permet doptimiser le cot global des oprations et les cots dentretien. Le fait de
soulager les rseaux de collecte permet galement de limiter les investissements en station
dpuration et de rduire limportance des dgts lis aux dbordements [3].
2.4. PRINCIPAUX FREINS A LEUR UTILISATION
Les techniques alternatives sont encore peu utilises car :
Elles sont nouvelles, donc elles sont lobjet de nombreux a priori, notamment concernant
lvolution de leur fonctionnement dans le temps, leur conception, leur ralisation et leur
entretien. Elles ncessitent galement de convaincre les matres douvrages, quils soient publics
ou privs ;
Elles sont complexes, cest--dire quelles peuvent prendre des formes diverses qui affectent
considrablement lamnagement dune zone. De plus, leur conception exige une concertation
forte entre diffrents acteurs qui nont pas forcment lhabitude de travailler ensemble, cest--
dire entre les techniciens de leau (hydrauliciens, hydrologues, gotechniciens, hydrogologues,
hydrobiologistes, gnie-civilistes) mais aussi entre les acteurs de la conception urbaine
(amnageurs, architectes, paysagistes, techniciens, conomistes, juristes) ;
Elles sont multifonctionnelles. Certaines techniques alternatives assurent dautres fonctions que
leur fonction hydraulique. Par exemple, les chausses structure rservoir permettent
simultanment la circulation des vhicules et le stockage provisoire de leau ;
Elles sont dpendantes de leur environnement, quil soit physique, social ou intentionnel.
Lenvironnement va influer sur lensemble de la vie de ces techniques, de la conception
lentretien et la gestion [2].
14 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
PARTIE 2 : ASPECT JURIDIQUE ET REGLEMENTAIRE
1. CONTEXTE
Les premiers textes modernes concernant le droit de leau remontent aux codes
napoloniens. Leur objectif principal tait de dterminer le rgime de proprit de
leau. La qualit de leau distribue est rapidement devenue un enjeu majeur de
sant publique face aux risques dpidmie.
Dans la lutte contre la pollution et pour la restauration de la qualit des milieux,
trois textes lgislatifs sappliquent :
La loi sur leau du 16 dcembre 1964 qui a organis la gestion dcentralise de leau par bassin
versant. Il s'agit de l'un des principaux textes lgislatifs rgissant la gestion des ressources en eau en
France. Cette loi affirme la volont d'instaurer un quilibre entre l'alimentation en eau potable des
populations et les besoins des secteurs de l'agriculture et de l'industrie.
La loi sur leau du 3 janvier 1992 consacre leau en tant que patrimoine commun de la Nation . Elle
a renforc limpratif de protection de la qualit et de la quantit des ressources en eau. Elle fixe le
cadre global de la gestion de l'eau en France, sous tous ses aspects (ressources, police de l'eau,
tarification, gestion du service, etc.).
La loi sur leau et les milieux aquatiques (LEMA) du 30 dcembre 2006 dont lambition premire est
de permettre datteindre les objectifs de la Directive Cadre Europenne sur lEau (DCE) doctobre
2000, en particulier le bon tat des eaux dici 2015.
Par ailleurs, une grande partie de la rglementation franaise dcoule des directives europennes et
notamment de la Directive Cadre sur lEau (DCE) qui a t transpose en droit franais par la loi du 21 avril
2004. La directive organise notamment la gestion de leau en sinspirant largement de ce qui a t fait depuis
plusieurs dcennies en France.
2. DISPOSITIONS LEGISLATIVES ET REGLEMENTAIRES
Ce point aborde de manire synthtique le cadre juridique de la gestion des eaux. Une description dtaille de
ces aspects rglementaires a t ralise et est jointe en annexes (Annexes A).
2.1. REGLEMENTATION RELATIVE AUX EAUX PLUVIALES
Les dispositions rglementaires relatives lassainissement sont parpilles dans plusieurs codes (notamment
le Code civil, le Code de lurbanisme, le Code Gnral des Collectivits Territoriales, le Code de la sant
publique), mais aussi dans divers textes de loi et dcrets non codifis, complts par des circulaires et des
instructions techniques. On retiendra [5][38] :
Les articles 640, 641 et 681 du Code Civil qui permettent de lgifrer en matire de ruissellement des
eaux de pluies. Ces articles incitent les propritaires recourir aux techniques alternatives pour
vacuer les eaux pluviales de leur terrain.
Les dispositions de la Loi sur leau du 3 janvier 1992 imposant une planification de leau avec
llaboration de schmas directeurs (SDAGE et SAGE) ainsi que la dlimitation dun zonage
dassainissement. La police de l'eau est exerce par plusieurs services de l'Etat, regroups sous
15 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
l'autorit du prfet au sein des MISE (Missions Inter-Services de l'Eau). Les MISE interviennent
directement dans le domaine de leau lchelle locale (Dpartement).
Le Code lUrbanisme, par lintermdiaire de nombreux articles, qui assure une liaison entre urbanisme
et assainissement. Les documents durbanisme rglementaire (PLU) ou outils durbanisme
oprationnel (ZAC) peuvent favoriser lusage de ces techniques alternatives.
La rglementation est galement encadre par des articles du Code de la Sant Publique, du Code de
la Voirie Routire et le Code Rural. Par ailleurs, des dispositions spcifiques sont applicables aux
installations classes pour la protection de lenvironnement.
2.2. REGLEMENTATION RELATIVE AUX EAUX USEES
En France, les textes de loi concernant la gestion des eaux uses sont nombreux, quil sagisse dun
assainissement collectif ou non collectif. Il se dgage toutefois quelques grands principes en matire
dassainissement, savoir :
La directive CEE sur les eaux uses du 21 mai 1991 qui impose depuis 2005 un systme
d'assainissement collectif dans toutes les collectivits de plus de 2 000 habitants.
La loi sur leau du 3 janvier 1992 qui exige que tout immeuble d'habitation doit tre raccord un
rseau d'assainissement collectif ou tre dot d'un systme d'assainissement autonome. Le
consommateur supporte la charge de l'assainissement de ses eaux uses.
Le droit franais qui met en uvre le principe du pollueur-payeur pour tous les utilisateurs de
l'eau. Le consommateur doit participer la protection de la ressource puisqu'il contribue sa pollution
par le rejet de ses eaux uses.
Le Code des Communes qui prcise dans larticle L.372-1-1 (aujourdhui repris larticle L.2224-8 du
Code Gnral des Collectivits Territoriales) que les communes prennent obligatoirement en charge
les dpenses relatives aux systmes d'assainissement collectif [] Elles peuvent prendre en charge les
dpenses d'entretien des systmes d'assainissement non collectif .
3. CONCLUSION
Lencadrement juridique de gestion des eaux pluviales et des eaux uses relve de nombreuses dispositions
lgislatives et rglementaires trs disperses. Cependant, la rglementation va globalement dans le sens de
lutilisation des techniques alternatives en contraignant les propritaires immobiliers (Code Civil) et en donnant
des moyens dactions aux collectivits (Code de lenvironnement, Code de lUrbanisme, Code de la sant
publique). Les collectivits, aux travers dinstruments de planification comme par exemple le SDAGE et les
actions de la police de leau (MISE), peuvent mettre en adquation leurs documents rglementaires
durbanisme (PLU, carte communale, etc.) et leur rglement dassainissement pour mener une relle gestion
quilibre de la ressource en eau dans l'intrt gnral.
Le recours aux techniques alternatives doit tre privilgi dans les projets damnagement, bien videment en
respectant les contraintes lies la prvention des risques, et sans compromettre lobjectif de retour au bon
tat cologique des cours deau dici 2015.
Ainsi, le contexte juridique, par ses dispositions lgislatives et incitations financires dcoulant entre autres de
la LEMA, a forcment remis en cause les stratgies habituelles dassainissement et va favoriser la recherche de
solutions alternatives innovantes.
16 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
PARTIE 3 : ETAT DES LIEUX DES TECHNIQUES CLASSIQUES
1. TECHNIQUES CLASSIQUES EN EAUX PLUVIALES
1.1. SEPARATEURS A HYDROCARBURES
PRINCIPE
Les sparateurs hydrocarbures (galement appels dshuileurs) sont des
dispositifs destins piger les hydrocarbures et les matires dcantables
contenus dans les eaux de ruissellement, tels que les huiles, les graisses et autres
flottants. Dune manire gnrale, ils sparent les liquides lgers (de densit
infrieure celle de leau) de la phase eau, contrairement aux dcanteurs ou
dbourbeurs qui sparent les matires en suspension ou charries par leau, dont
la densit est suprieure leau. Toutefois, les dshuileurs ne sont pas
dimensionns pour traiter les MES (cf. dfinition Partie 4 - 1.1) et assurer une
bonne dcantation [4].
Les normes en vigueur prconisent deux classes qui correspondent la teneur rsiduelle maximale
dhydrocarbures avant rejet [6] :
Classe 1 : Teneur rsiduelle < 5 mg/l suivant essai norme EN 858 (Modle avec filtre coalesceur) ;
Classe 2 : Teneur rsiduelle < 100 mg/l suivant essai norme EN 858 (Modle avec filtre coalesceur).
Le sparateur hydrocarbures avec by-pass a les mmes fonctions quun sparateur classique, mais il permet
galement dabsorber des dbits trs importants en cas dorage, environ 5 fois son dbit nominal. Le passage
dans le sparateur est limit, ainsi quand le dbit est suprieur au dbit admissible, le niveau monte et passe
dans le by-pass, et cela sans perturber le fonctionnement du sparateur [40].
Une cellule coalescente est souvent intgre afin dacclrer le processus de sparation gravitaire, en
favorisant lunion des microscopiques gouttelettes dhydrocarbures pour en former de plus grosses plus
facilement pigeables. Ce filtre coalesceur, compos de pores, assure en effet une coagulation optimale des
hydrocarbures en dispersion fine. Ces derniers sont ensuite retenues en sortie par une cloison siphode qui sert
de pige flottants et aspire les hydrocarbures. Le sparateur est le plus souvent prcd dun compartiment
de dbourbage et dessablage, permettant la dcantation des particules les plus grossires et protgeant ainsi
le sparateur. Des modules lamellaires sont souvent ajouts. Enfin, un obturateur automatique vite
lvacuation des hydrocarbures vers le rseau en cas de problme (absence dentretien ou dversement
accidentel). Il sagit dun clapet mont
sur un flotteur tar la densit des
hydrocarbures. Le flotteur suit la
couche dhydrocarbures jusqu
obturation lorsque la capacit de
stockage est atteinte [7][41].
Le sparateur est dans la plupart des
cas associ en amont un dcanteur ou
dbourbeur. De nos jours les deux
systmes sont intgrs.
FIGURE 2 : SEPARATEUR A
HYDROCARBURES [39]
FIGURE 3 : SEPARATEUR A HYDROCARBURES TECHNEAU AVEC BY-PASS [42]
17 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
EFFICACITE
Efficacit daprs les constructeurs :
Les principaux constructeurs (Techneau, Franceaux, Simop, Sahler, etc.) annoncent une efficacit puratoire
caractrise par une sparation souvent suprieure 95% dhydrocarbures et ce par rapport aux normes
AFNOR en application.
Par exemple, le fournisseur Franceaux affiche les rendements suivants :
Produits FRANCEAUX Rendement*
POLYBAC NPBCK - Sparateur hydrocarbures 5 mg/l avec dbourbeur 99,88 %
POLYBAC NPBC - Sparateur hydrocarbures 100 mg/l avec dbourbeur 97 %
* pour une teneur rsiduelle respectivement < 5 et 100 mg/l en hydrocarbures de densit 0,85, selon norme EN 858-1.
TABLEAU 1 : EXEMPLE DE SEPARATEURS DU FOURNISSEUR FRANCEAUX [42]
Efficacit relle :
On constate globalement une diminution de lefficacit lorsque le dbit augmente ou lorsque la teneur en
hydrocarbures en entre est faible.
Pour certaines tudes, les conclusions sur lefficacit de ces sparateurs sont positives ; les teneurs en
hydrocarbures en sortie sont en effet assez faibles pour ces ouvrages. Pour dautres expriences, le rsultat
puratoire est moins bon et est mme trs en de des rendements annoncs par les constructeurs.
Face aux rsultats constats issus dexpriences ralises, il apparat que lefficacit des sparateurs
hydrocarbures est relle contre la pollution aux hydrocarbures mais condition que les hydrocarbures soient
libres et en abondance. Ces ouvrages seraient donc adapts pour intercepter les pollutions massives des
stations service, des aires de lavage, des aroports et des dversements accidentels. Cependant, ces systmes
semblent moins appropris pour les parkings et les routes o les concentrations piges restent faibles. En
effet, les eaux de ruissellement de chausses prsentent une faible concentration en hydrocarbures libres (<
10 mg/l).
En dfinitive, les sparateurs seraient donc mieux adapts au traitement industriel, au traitement des eaux
provenant dune aire de stationnement ou pour lutter contre la pollution accidentelle plutt quau traitement
des eaux de ruissellement urbain. Le manque dexprimentations relles ralises sur de longues priodes ainsi
quun dimensionnement peu fiable des ouvrages semblent indiquer que ces appareils ne rpondent pas
toujours de faon satisfaisante aux besoins du traitement des rejets urbains par de temps de pluie.
Par ailleurs, le dimensionnement des ouvrages est peu fiable, rendant difficile leur entretien : les sparateurs
sont souvent dimensionns trop petits et pour une densit dhydrocarbures de 0.8 0.9 ne fonctionnant pas
pour une densit suprieure 0.95 [8].
ENTRETIEN ET COUTS
Lentretien des sparateurs dhydrocarbures consiste essentiellement vidanger rgulirement le systme en
boues et en hydrocarbures. Il faut donc prvoir des puits daccs au sparateur cet effet. Pour les sparateurs
lamellaire ou coalescent, il faudra galement nettoyer les blocs lamellaires (jet sous pression). Il subsiste un
rel problme de maintenance car les sparateurs sont souvent des ouvrages enterrs et donc difficiles
entretenir. De nombreux dysfonctionnements sont dus un manque dentretien : obturateur cass,
ensablement, bac non vidang
Le cot des sparateurs varient normment en fonction du dbit de filtration mais aussi de la capacit de
stockage en hydrocarbures et boues. Le cot dinvestissement dun sparateur varie de 4 000 9 000 en
18 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
fonction de la taille et des modles [43]. Par exemple, un sparateur hydrocarbures Hydroclair avec by-pass,
dbourbeur, filtre coalescence et obturateur automatique, dune capacit de 3 l/s de STRADAL (SHDOC3BP),
cote 3 737 . Pour le mme systme 20 l/s (SHDOC20BP), il faut prvoir 8 881 (Tarifs du 1er
fvrier 2009).
L'entretien d'un sparateur hydrocarbures ncessite un pompage rgulier par un prestataire. Le volume
pomp reprsente un peu plus dune fois le volume du sparateur hydrocarbures, pour un cot de 130 HT
(transport) auquel est ajout un cot de 180 HT par m3 pomp [43].
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Avantages Inconvnients
- Dpollution importante des eaux
- Ouvrages invisibles car enterrs
- Emprise peu leve
- Entretien simple mais rgulier
- Risque de colmatage
- Perte defficacit avec des pluies
importantes, avec des sparateurs sous
dimensionns
- Cot lev du systme et de la pose (levage
et enterrement)
1.2. DECANTEURS
PRINCIPE
Ces appareils utilisent le procd physique de sparation des matires en suspension (MES) dans un liquide,
telles que les boues, sables voire des hydrocarbures. Les particules, dont la densit est suprieure l'eau,
saccumulent au fond du dcanteur sous l'effet de la pesanteur. L'eau clarifie se situant la surface est
ensuite dirige vers un filtre. Cette dcantation est relativement longue pour les particules trs fines qui sont
trs sensibles aux courants du bac de dcantation.
Pour que la dcantation puisse se faire correctement, il faut que la vitesse de l'eau soit infrieure la vitesse de
sdimentation des particules (Vs). La vitesse de l'eau est appele charge hydraulique superficielle ou vitesse de
Hazen (VH) et permet de dimensionner les dcanteurs.
- Lorsque la vitesse de sdimentation des particules (Vs) est infrieure la vitesse de Hazen (VH), les
particules ne sont pas sdimentes et partent avec l'eau vers le filtre.
- Lorsque la vitesse de sdimentation des particules (Vs) est suprieure la vitesse de Hazen (VH), les
particules sont piges par le dcanteur et s'accumulent au fond du bac.
Par ailleurs, il est important de prciser pour quune dcantation particulaire soit efficace, l'coulement de
leau l'intrieur du dcanteur doit tre laminaire. L'coulement turbulent, utilis dans les sparateurs
hydrocarbures, est proscrire [40].
Il existe deux types de dcantations, dtaills ci-aprs : la dcantation statique (dcanteurs horizontaux) et la
dcantation lamellaire (dcanteurs lamellaires)
Les dcanteurs horizontaux
FIGURE 4 : SCHEMA DUN DECANTEUR HORIZONTAL [40]
19 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
Le dcanteur horizontal est constitu d'une cuve paralllpipdique : l'eau charge de MES pntre une
extrmit et l'eau dcante ressort l'autre suivant un coulement horizontal. Elle ncessite une surface de
bassin de dcantation importante avec une vitesse de sdimentation gnralement faible.
Le principe de la dcantation flux horizontal est reprsent de manire simplifie par le modle de Hazen [4].
Selon ce modle, une particule de vitesse de chute Vc dcantant sur une hauteur H est retenue dans un bassin
de longueur L et de surface horizontale S travers par un dbit Q si : / , avec : vitesse de
Hazen.
FIGURE 5 : SCHEMA DUN DECANTEUR A FLUX HORIZONTAL (THEORIE DE HAZEN) [4]
Thoriquement, l'efficacit d'un dcanteur horizontal ne dpend que de sa vitesse de Hazen et non de sa
hauteur ou de son temps de rtention (soit de 0,5 1,5 m/h). Cependant, les particules contenues dans l'eau
flocule entrant dans le dcanteur prsentent toute une gamme de dimensions. Pendant leur parcours dans
l'ouvrage les plus petites peuvent s'agglutiner entres elles, c'est le phnomne de coalescence. Leur taille, et
donc la vitesse de sdimentation augmente avec le temps. La trajectoire devient de ce fait curviligne et
l'efficacit de la dcantation dpend donc aussi du temps de rtention [44].
Ainsi, les hypothses qui sont la base de la thorie de Hazen sont loin de reflter la ralit. Elles ngligent en
particulier la turbulence et la dispersion des particules nest pas prise en compte. Il sagit pourtant dun
phnomne important dans la plupart des ouvrages de rtention. Pour optimiser le rendement du dcanteur
on le fait souvent prcder d'un compartiment de tranquillisation dans lequel une sensible diminution de la
vitesse de transfert permet la dcantation des particules les plus grosses et la coalescence du floc le plus fin.
Dcanteurs lamellaires
Il sagit dun ouvrage de dcantation dans lequel des lamelles parallles inclines permettent de multiplier la
surface de dcantation utile tout en rduisant la surface au sol par rapport un bassin de dcantation classique
flux horizontal. Les dcanteurs utilisant des plaques ou des tubes ralisent galement une dcantation
considrable plus rapide que la dcantation classique.
La dcantation lamellaire est fonde sur le principe de la dcantation flux horizontal. Ainsi, on constate que la
dcantation dune particule est lie uniquement au dbit Q et la surface horizontale S, et quelle est
thoriquement indpendante de la hauteur H de dcantation. Si on rpartit le dbit Q sur n lamelles parallles
de surface unitaire SL = S/n, on obtient une dcantation thoriquement identique celle obtenue dans le bassin
de la figure ci-dessus. Afin de pouvoir extraire en continu les solides dcants, et pour des raisons pratiques de
fonctionnement et dexploitation, les lamelles sont inclines dun angle , compris entre 30 et 60 par rapport
lhorizontale selon le type de dcanteur. Une telle disposition permet, pour un rendement identique, de
construire des ouvrages plus compacts quun bassin classique.
FIGURE 6 : SCHEMA DUN DECANTEUR LAMELLAIRE [40]
H
L
l
S
20 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
Par analogie avec la thorie de Hazen, et moyennant quelques hypothses simplificatrices (coulement
laminaire permanent notamment), on peut dterminer la vitesse limite de dcantation dune particule
[4] :
. .
Il existe 3 types de dcanteurs lamellaires [4][9] :
Type et Sens dalimentation Avantages / Inconvnients Vitesse limite*
Dcanteurs contre-courant
Alimentation par le bas : leau et
les solides dcants circulent en
sens inverse.
- Systmes les plus fiables car plus
performants et plus simples dun
point de vue hydraulique
. l . L . .
Dcanteurs co-courant
Alimentation par le haut : leau
et les solides dcants circulent
dans le mme sens.
- Dispositions hydrauliques plus
complexes pour vacuer leau traite
et pour une reprise correcte des
solides dcants
- Ouvrages plus hauts et plus coteux
. l . L . .
Dcanteurs courant croiss
Alimentation latralement : leau
et les solides dcants circulent
selon des directions
perpendiculaires parallles aux
lamelles.
- Ouvrages trs compacts et de faible
hauteur
- Problmes dquirpartition
hydraulique du dbit sur les lamelles
. l . L .
*en considrant la longueur de la lamelle (L), sa largeur (l), et lcartement (e) de deux lamelles voisines TABLEAU 2 : LES 3 TYPES DE DECANTEURS LAMELLAIRES
FIGURE 7 : DECANTEURS A CONTRE-COURANT (A GAUCHE), DECANTEURS A COURANT CROISE (AU CENTRE) [45]
ET DECANTEUR PARTICULAIRE LAMELLAIRE EN ACIER DE TECHNEAU (A DROITE) [40]
EFFICACITE
Le dcanteur particulaire est dfini par le dbit maximum quil peut recevoir et par la charge hydraulique
souhaite. Plus la charge hydraulique est faible et plus le dcanteur est efficace pour piger les MES.
Le rendement de dcantation des MES dpendra de la vitesse de chute choisie. Plus la vitesse de chute des
particules sera lente, plus le rendement de la dcantation sera important. Connaissant le dbit nominal Q (ou
dbit maximum admis) du dispositif ainsi que sa surface de sparation S, on peut facilement dduire la vitesse
de chute Vc et donc le rendement puratoire espr. Ainsi, le taux dabattement des MES avec un dbit
dentre rgul est directement fonction de la vitesse de chute retenue pour le dimensionnement :
21 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
Vitesse de chute en
cm/s
Vitesse de chute en
m/h
Rendement
en %
0,0003 0,01 100
0,001 0,04 98
0,003 0,1 95
0,014 0,5 88
0,027 1 80
0,14 5 60
0,28 10 40
1,39 50 15
2,78 100 10
13,89 500 7
27,78 1000 5 TABLEAU 3 : TAUX DABATTEMENT DES MES SELON LA VITESSE DE CHUTE [10]
ENTRETIEN ET COUTS
Lentretien devrait idalement tre ralis aprs chaque pisode pluvieux afin de ne pas rduire lefficacit du
dcanteur et dviter les relargages. La rcupration des boues peut tre effectue par pompage ou ces
dernires peuvent tre vacues directement dans le rseau deaux uses sil nest pas trop loign. Dans tous
les cas, les dcanteurs doivent tre entretenus par une socit spcialise.
Ces ouvrages ncessitent une vidange dans les 6 mois aprs la mise en service puis au moins une fois par an.
Cette opration permet de vrifier les pices mcaniques de louvrage ainsi que son tanchit.
Le cot dun dcanteur varie selon le dbit dentre. Les tarifs de STRADAL oscillent entre 2 900 pour un
dcanteur particulaire 3 l/s en bton et 6 700 pour un dcanteur particulaire 20 l/s dans le mme matriau.
Le cot dun dcanteur lamellaire est quant lui plus onreux et peut tre jusqu 5 8 fois suprieur au
dcanteur particulaire.
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Avantages Inconvnients
- Dpollution efficace des eaux
- Systmes fiables et simples (peu de
mcanique)
- Ouvrages compacts (cas des dcanteurs
horizontaux)
- Entretien relativement facile
- Emprise au sol importante (dcanteurs
horizontaux)
- Problmes de rpartition homogne des
dbits (dcanteurs lamellaires)
- Cots levs pour les dcanteurs lamellaires
1.3. DEBOURBEURS
PRINCIPE
Les dbourbeurs sont des dispositifs destins retenir les solides les plus
facilement dcantables contenus dans un effluent grce une
dcantation rapide et sommaire. Sont donc concernes les particules
grossires (suprieures 200 m) plus denses que leau.
Cette dcantation est rendue possible par une rduction des vitesses
dcoulement lie le plus souvent un largissement de la section
dcoulement. Les dispositifs les plus classiques sont les dbourbeurs
cylindriques prfabriqus, installs soit horizontalement soit FIGURE 8 : SCHEMA TYPE DUN
DEBOURBEUR [46]
22 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
verticalement. Ils peuvent tre munis de grilles ou de cloisons siphodes pour retenir galement des objets
flottants de dimensions suprieures quelques centimtres. Les dbourbeurs sont le plus souvent installs en
tte dun traitement plus pouss vis--vis duquel ils font office de prtraitement, ou pour assurer une
protection dquipements situs immdiatement laval et sensibles aux dpts ou aux fortes concentrations
en MES [4].
EFFICACITE
Ces ouvrages ont pour objectif de piger les particules grossires plus denses que leau. Si lon considre le
traitement de la pollution chronique, ces ouvrages ont une efficacit trs minime. En effet, la dcantation des
particules suprieures 200 m peut, au maximum, traiter 20 % de la DCO (cf. dfinition Partie 4 - 1.1), des
hydrocarbures, et 50 % des lments traces mtalliques : ce rendement est trs faible en comparaison des
rendements attendus des ouvrages classiques [46].
ENTRETIEN ET COUTS
Comme pour les sparateurs, les dbourbeurs doivent tre vids rgulirement des boues. En effet, tous les
dbourbeurs ont une capacit limite de rtention.
Le cot dun dbourbeur varie de 1 000 3 000 HT et son entretien est compris entre 150 et 200 HT
raison de 2 fois par an au maximum.
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Avantages Inconvnients
- Cots faibles du systme
- Invisible (enterr)
- Empche de colmater les rseaux
- Emprise faible
- Ne dpollue pas leau
- Entretien rgulier (surtout aprs des pisodes
orageux)
- Cots de pose levs (levage et enterrement)
1.4. AUTRES SYSTEMES
1.4.1. DECANTEURS-DESHUILEURS
Ces ouvrages ont une double vocation : ils dcantent les particules plus lourdes que leau et retiennent les
particules moins denses que leau comme les hydrocarbures. Ce sont gnralement ces ouvrages qui sont
utiliss dans le traitement des eaux de ruissellement routires [46].
1.4.2. DEGRILLEURS
Il sagit dun ouvrage spcial constitu par un, deux ou trois niveaux de grilles barreaux de plus en plus serrs
ou de tamis mailles de plus en plus fines, destin arrter les lments les grossiers transports par leau,
quel que soit le mode de transport (flottation, suspension ou charriage). Les dgrilleurs sont systmatiquement
utiliss lentre des stations dpuration. Leur utilisation se dveloppe galement lamont immdiat des
dversoirs dorage de faon limiter le rejet dobjets flottants (bouteilles, sacs plastiques). On en place
galement lamont des ouvrages comportant des pices mobiles ou susceptibles de sobstruer : siphons,
stations de pompages [4].
1.4.3. DESSABLEURS
Un dessableur est un ouvrage spcial constitu dune chambre permettant le pigeage des particules les plus
grossires qui sont transportes par charriage et par saltation. Le concept traditionnel de chambre de
dessablement de grande dimension est actuellement remplac par celui de chambre de dimension plus rduite
(quelques dizaines de mtres cubes au maximum), ventuellement partiellement couverte, situe dans le
23 Mmoire de PFE : Etude des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales et uses en amnagement Nicolas LUTZ GC5 ATE
radier des conduites. Cette solution limite en particulier la remise en suspension des sdiments pendant les
priodes de fort dbit d aux prcipitations ainsi quune meilleure slection des solides intercepts (pigeage
prfrentiel des minraux les plus grossiers). Le fait que le dessableur recueille moins de matires organiques,
associ une priodicit plus grande de curage (li une dimension plus rduite), limite les nuisances
olfactives souvent associes ce type douvrage. Lutilisation des dessableurs est cependant limite par des
difficults de curage en zone urbaine [4].
1.5. CONCLUSIONS SUR L'EFFICACITE DES OUVRAGES
1.5.1. LES SEPARATEURS A HYDROCARBURES
Il est dsormais admis, y compris par les constructeurs de dispositifs compacts, que les sparateurs
dhydrocarbures ne sont pas pertinents pour piger des pollutions pluviales chroniques, quil sagisse de
ruissellement routier, de parking, ou a fortiori de quartiers dhabitat. Deux points sont souligner :
- La plupart de ces systmes garantissent 5 mg/l dhydrocarbures en sortie. Mais il est rare dobserver
de telles quantits en entre (ex : Autoroute A11, 24000 vhicules/jour, 44 pluies mesures,
moyenne : 1,2 mg/l, cart type de 0,94 [11]). Ainsi les rendements mesurs sur ces dispositifs pour la
pollution chronique des eaux de ruissellement sont faibles [10]. Si lobjectif est de piger des
hydrocarbures prsents en quantit infrieures 5 mg/l, ce nest pas le systme adapt.
- Les sparateurs sont galement conus, en thorie, pour dcanter. Mais dans la pratique, ils sont
capables de relarguer. Les rendements ngatifs peuvent tre donc frquents. Ces dispositifs sont
plutt rserver, moyennant un entretien rgulier, certains rejets industriels de temps de pluie tels
que les stations services.
Le sparateur peut garder un intrt comme rempart vis--vis dune pollution accidentelle, mais dautres
systmes seront souvent plus adquats [12].
1.5.2. LA SIMPLE DECANTATION
Un grand nombre dtudes a dmontr la bonne dcantabilit des effluents unitaires [13]. Ceci lgitime
lemploi de solutions de dcantation pour des eaux unitaires. Par contre, pour des eaux strictement pluviales,
la simple dcantation comporte des limites [12] :
- Limites lies lemprise, dans la mesure o lessentiel de la pollution, y compris les hydrocarbures,
sont fixes sur des particules fines. Lapproche par simple dcantation peut donc conduire
impermabiliser des surfaces disproportionnes au regard de la pollution chronique vhicule par la
pluie ;
- Limites lies lentretien : Le curage des dcantats doit tre rgulier pour viter les relargages, or
cest une opration dlicate (taille des bassins, protocole de vidange, fragilit du systme
dtanchit...).
1.5.3. LES DECANTEURS LAMELLAIRES
Ces dcanteurs lamellaires sont adapts au pigeage de particules fines, et sont donc efficaces sur la pollution
pluviale chronique condition dtre surveills et entretenus plusieurs fois par an. Une de leur limite rside
toutefois dans leur cot, de lordre de dix fois suprieur celui dun sparateur [12].
1.5.4. CONCLUSION
Les dbourbeurs et les dshuileurs n'ont pas un rendement assez satisfaisant pour tre utiliss comme
ouvrages de traitement de la pollution d'origine routire. Seuls les dcanteurs-dshuileurs peuvent prtendre
un rendement thorique satisfaisant qui soit compatible avec les objectifs de traitement de la pollution des
eaux de ruissellement [46].
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2. TECHNIQUES CLASSIQUES EN EAUX USEES
2.1. ASSAINISSEMENT COLLECTIF : STATION DEPURATION
PRINCIPE
Les eaux uses sont achemines jusqu une station dpuration (STEP), qui se situe le plus souvent
lextrmit du rseau de collecte. Leau est alors en partie traite avant dtre rejete dans le milieu naturel.
FIGURE 9 : SCHEMA DE FONCTIONNEMENT DUNE STATION DEPURATION [47]
Une station dpuration rassemble une succession de procds qui permettent, petit petit, de purifier leau.
Les prtraitements
Les dispositifs de prtraitements ont pour but dliminer les lments solides ou particulaires les plus grossiers,
susceptibles de gner les traitements ultrieurs ou dendommager les quipements : dchets volumineux
(dgrillage), sables (dessablage) et corps gras (dgraissage - dshuilage).
Le dgrillage consiste faire passer les eaux uses au travers dune grille dont les barreaux retiennent les
lments les plus grossiers. Aprs nettoyage des grilles par des moyens mcaniques, manuels ou automatiques,
les dchets sont vacus avec les ordures mnagres. Le tamisage, qui utilise des grilles de plus faible
espacement, peut parfois complter cette phase du prtraitement.
Le dessablage et le dshuilage-dgraissage consistent ensuite faire passer leau dans un premier bassin o les
matires plus lourdes que leau (sables, graviers,...) se dposent au fond, puis elle passe dans un deuxime
bassin, o les graisses seront rcupres en surface. Linjection des microbulles dair permet dacclrer la
flottation des graisses. Les sables sont rcuprs par pompage alors que les graisses sont racles en surface. On
enlve ainsi de leau les lments grossiers et les sables de dimension suprieure 200 m ainsi que 80 90 %
des graisses et matires flottantes (soit 30 40 % des graisses totales) [47].
Les traitements primaires et physico-chimiques
Aprs les prtraitements, il reste dans leau une charge polluante dissoute et des matires en suspension.
Dans le traitement primaire, on utilise surtout des procds physiques (dcantation) et parfois des procds
physico-chimiques (coagulation-floculation) pour liminer une partie des matires en suspension. Ces
traitements consistent liminer environ 70 % des matires en suspension dans un bassin de dcantation. Les
traitements physico-chimiques permettent dagglomrer ces particules par adjonction dagents coagulants
(chlorure ferrique) et floculants (sels de fer ou dalumine, chaux...). L'effet conjugu des deux produits favorise
la concentration des matires en suspension sous forme de flocs . Ces matires en suspension se dposent
au fond du bassin et sont ensuite rcupres par raclage du fond du bassin [48].
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Les traitements biologiques
Il consiste reproduire, mais en acclr, le processus naturel qui existe dans les rivires. Les eaux arrivent
dans un bassin o se sont dveloppes des bactries. Ces tres vivants microscopiques vont digrer les
impurets et les transformer en boues. Ces techniques se ralisent avec oxygne (arobies) ou sans oxygne
(anarobies). En France, cest le procd des boues actives (avec oxygne) qui est le plus rpandu [49].
La dcantation secondaire
La dcantation secondaire assure la sparation des boues biologiques et de l'eau. Les boues dcantent au fond
du clarificateur dont une partie ralimente les bassins d'aration. Le clarificateur permet une dpollution
environ 90 %. L'eau pure reste en surface est rejete au milieu naturel [50].
EFFICACITE
Les abattements moyens raliss par les STEP sont estims 95% pour la DBO5, de 90% pour la DCO et de 94%
pour les MES (cf. dfinitions Partie 4 - 1.1).
ENTRETIEN ET COUTS
Linvestissement peut tre value 380 /EH pour une station de 2 000 EH, 250 /EH pour une station de
50 000 EH et 220 /EH pour une station de 100 000 EH [1]. A titre dexemple, pour illustrer ces chiffres, la
station dpuration de Haguenau (Bas-Rhin), mise en service en 2004, dimensionne pour une capacit de
57 500 EH, a ncessit un investissement de 12,2 M HT, soit un cot moyen de 212 /EH.
Les cots de fonctionnement dune station dpuration sont fonction de la taille de louvrage et des
traitements qui y sont raliss. Ces cots se rpartissent sommairement de la faon suivante : Les frais du
personnel (entretien, contrle), les frais nergtiques (pompes, soufflantes d'air et brassage) et les frais de
traitement des boues.
Pour les stations dpuration biologique classiques de moins de 20 000 EH, le cot est de lordre de 15
25 /EH. Pour le mme type de stations de 20 000 50 000 EH, le cot peut varier de 8 15 /EH.
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
Avantages Inconvnients
- Trs bonnes performances puratoires
- Relativement faible emprise au sol au regard
de la capacit de traitement de ce type de
station
- Possibilit de raliser des installations closes
(lutte contre les odeurs et les bruits)
- Cot lev des installations (investissement
et exploitation)
2.2. ASSAINISSEMENT NON COLLECTIF (AUTONOME)
2.2.1. FOSSES SEPTIQUES
PRINCIPE