Dépôts en réseau (HU) : Différence entre versions

Version du 22 mars 2021 à 17:50

Traduction anglaise : Sewer sediment

Dernière mise à jour : 22/03/2021

Sédiments, souvent associés à des polluants multiples, qui s’accumulent à l'intérieur des systèmes d’assainissement. Cette accumulation a plusieurs conséquences :

• les sédiments réduisent les sections d'écoulement et remontent les lignes d'eau ; ils peuvent ainsi être à l'origine de rejets prématurés par les déversoirs d'orage (dans les réseaux unitaires), de mise en charge, voire de débordement ;
• les sédiments déposés et les polluants associés sont susceptibles d'être remis en mouvement et rejetés au milieu aquatique lorsque le débit augmente pendant les périodes pluvieuses contribuant ainsi à la pollution de ces milieux (voir Rejet urbain de temps de pluie / RUTP (HU));
• certains sédiments sont de nature organique et leur décomposition peut à l'origine de nuisances (mauvaises odeurs), voir de dégagement de gaz toxiques et/ou capable de jouer un rôle dans la corrosion des équipements (sulfure d'hydrogène en particulier).

Origine, nature et importance des dépôts en réseau

Mécanismes généraux à l'origine des phénomènes de dépôt-reprise

La capacité de transport solide des écoulements dépend du débit et de la vitesse, lesquels varient beaucoup entre les périodes de temps sec et les périodes de pluie. De la même manière les apports dépendent également des conditions climatiques. En temps sec, les apports sont continus dans les réseaux recevant des eaux usées, mais très faibles dans les réseaux séparatifs eau pluviale (faibles mais cependant non nuls, par exemple du fait du balayage des rues et des caniveaux). Pendant les périodes pluvieuses le ruissellement transporte de grandes quantités de matière et les introduit dans le réseau.

La dynamique des dépôts en réseau est donc contrôlé par cette double variabilité : apports réduits et capacité de transport faible en temps sec ; apports importants et capacité de transport plus conséquente en temps de pluie. Par ailleurs la masse volumique moyenne des matériaux à transporter (qui joue évidemment un rôle majeur) est différente, en particulier dans les réseaux unitaires. Majoritairement organiques, les solides introduits en temps sec ont une masse volumique voisine de 1 ; essentiellement minéraux en temps de pluie, leur masse volumique est de l'ordre de 2,5.

Il est donc facile de comprendre que les phénomènes de dépôt-reprise des sédiments sont extrêmement compliqués à décrire et à modéliser. Certaines parties du réseau vont avoir tendance à s'ensabler pendant les périodes de temps sec et se nettoyer pendant les périodes de temps de pluie alors que d'autres subiront une évolution totalement inverse.

Par ailleurs, les écoulements en réseau ne sont pas unidimensionnels. Si ce type de représentation est généralement suffisant pour décrire la propagation des crues, il ne l'est pas pour décrire la dynamique sédimentaire. On observe par exemple, sur certains collecteurs rectilignes et de pente constante, une succession périodique de zones ensablés et de zones propres, la distance entre les tas étant de 4 à 8 fois le diamètre du collecteur. Ce phénomène s'explique par le fait que les filets liquides suivent une trajectoire grossièrement hélicoïdale avec, au niveau du radier, un vecteur vitesse qui est tantôt orienté vers le haut, ce qui favorise la reprise, et tantôt orienté vers le bas, ce qui favorise le dépôt. Les raisons de la mise en place de ce phénomène ne sont pas parfaitement claires, mais il semble que la présence des tas espacées régulièrement permette de l'entretenir (référence biblio à mettre).

Enfin, les réseaux d’assainissement sont en fait constitués d'une multitude de singularités reliées entre elles par des tuyaux. Ce sont le plus souvent ces singularités (coude, changement de pente ou de dimension, chute, seuil, arrivée latérale, branchement, etc.) qui jouent souvent le rôle principal dans les phénomènes de dépôt (thèse Gérard).

Différents types de dépôts en fonction de leur origine

Les matériaux susceptibles de s'accumuler dans les réseaux d'assainissement ont des origines et des formes physiques et chimiques multiples : terre végétale, sable et débris divers apportés par le ruissellement, résidus d'activités industrielles et commerciales, matériaux provenant de travaux de construction, solides associés aux eaux usées domestiques, etc.. Ces matériaux divers interagissent les uns avec les autres dès qu'ils sont dans le système d'assainissement et forment un dépôt plus ou moins cohésif dont les caractéristiques changent dans l'espace et dans le temps.

Les solides grossiers (gross solids) sont généralement définis par le fait qu'une au moins de leur dimension est supérieure à 6 mm. On les trouve aussi bien dans les eaux pluviales que dans les eaux usées. Ils comprennent des éléments aussi divers que des cailloux, des objets parfois étonnants introduits volontairement ou non dans le réseau, de la matière fécale, des morceaux de plastique, de textile ou de papier, des produits sanitaires ou des débris végétaux, etc.. Les solides les plus grossiers et les plus lourds jouent un rôle important dans la formation des dépôts. Ils sont les plus difficiles à transporter par l'écoulement et de ce fait les premiers à sédimenter. Ils sont ainsi souvent à l'origine du dépôt de sédiments plus fins du fait de la perturbation de l'écoulement qu'ils provoquent.

Les matériaux les plus fins jouent également un rôle important dans le processus. Ils vont combler les espaces et consolider le dépôt. Ils peuvent également être à l'origine de phénomènes plus complexes. Par exemple certaines particules fines portent une charge électrostatique qui va augmenter la cohésion des dépôts.

La situation est cependant différente dans les réseaux séparatifs pluviaux et dans les réseaux unitaires.

Cas des réseaux séparatifs

Peu d'études se sont spécifiquement intéressées aux dépôts dans les systèmes séparatifs pluviaux. De façon assez simple, les sédiments concernés sont généralement plus minéraux (sables, graviers, poussières. Ils ont une une masse volumique importante et sont principalement introduits pendant les périodes pluvieuses. Le processus général s'apparente à celui du transport solide et de la sédimentation en rivière sur un fond fixe. On observe donc un tri granulométrique, les sédiments les plus grossiers s'arrêtant en premier et les plus fins parcourant une distance plus grande depuis leur point d'introduction dans le réseau.

On retrouve cependant également des matériaux plus organiques, soit d'origine naturelle (débris de végétation), soit d'origine anthropique (déchets divers, souvent alimentaires, accumulés dans les caniveaux).

Les bouches d'égout et les avaloirs constituent une source majeure d'introduction des solides dans les systèmes d'assainissement ; crédit photo SIAAP.

Cas des réseaux unitaires

On retrouve bien évidemment les mêmes dépôts dans les réseaux unitaires puisque ces derniers sont sollicités de la même façon pendant les périodes pluvieuses. La différence c'est que les dépôts principalement minéraux provenant de la surface viennent se mélanger à des dépôts majoritairement organiques introduits de façon continue pendant les périodes de temps sec (fèces, papier hygiénique, lingettes, résidus de nourriture, etc.). Le mélange entre ces différents constituants conduit à des dépôts encore plus difficiles à caractériser, mais qui ont fait l'objet de nombreux travaux scientifiques, en particulier par le groupe de travail Sewer Systems and Processes Working Group du comité joint IWA/IAHR sur l'hydrologie urbaine.

L'un des résultats de ces recherches a consisté à faire une classification des sédiments rencontrés dans les systèmes unitaires en cinq types :

• "type A" : sédiments grossiers non cohésifs, essentiellement minéraux qui constituent une partie importante des dépôts formés dans les collecteurs ;
• "type B" : même sédiments que la classe A, mais consolidés par des graisses et des bitumes (ce type de sédiment est plus rare) ;
• "type C" : sédiments fins plus ou moins organiques, qui se déposent en couche fine, généralement à la surface des sédiments de type A ;
• "type D" : biofilm recouvrant les parois des canalisations dans la zone de marnage des eaux de temps sec ;
• "type E" : sédiments assez fins transportés en suspension dans les eaux de temps de pluie, qui se déposent dans les bassins d'orage ou plus généralement de retenue, les chambres à sable, ainsi que dans les conduites, en tête de réseau ou dans des singularités hydrauliques, au moment où la décrue diminue brutalement l’énergie mobilisée pour leur transport.

Part des dépôts en réseau dans la pollution rejetée par temps de pluie

Il est difficile d'évaluer directement la contribution des dépôts de temps sec à la pollution rejetée par temps de pluie et les estimations que l'on trouve dans la littérature sont souvent faite par différence entre la masse transportée en un point particulier et une évaluation plus directe (résultant de mesures locales) des masses introduites dans le réseau pendant la période pluvieuse. Ces estimations sont donc entachées d'une grande incertitude.

La plupart des chercheurs s’accordent cependant aujourd’hui sur le fait que cette contribution est importante et indispensable pour boucler le bilan de masse. Pour les matières en suspension ou la DCO, la contribution des sédiments et des biofilms en réseau peut ainsi représenter entre 25 et 45 % de la masse totale à l’échelle annuelle.

voir : Rejet urbain de temps de pluie / RUTP (HU)

Moyens de contrôle des dépôts en réseau

Limiter l'introduction de solides dans le réseau

Améliorer les conditions de transport solide sans apport d'énergie

bateau vanne, vanne mitrailleuse, vanne Hydrass

Piéger les solides grossiers dans le réseau

Extraire les solides du réseau

Améliorer les conditions de transport avec apport d'énergie et extraction des solides

Hydro-Curage et pompage avec recyclage de l'eau

Stratégie d'exploitation du réseau

voir : Autocurage (HU)

Voir : Gestion de l’ensablement (HU)

Bibliographie :

• Ashley, R ; Bertrand-Krajewski, J.L. ; Hvitved-Jacobsen, T. ; Verbanck, M. (2004) Solids in sewers - Characteristics, effects and control of sewer solids and associated pollutants ; IWA publishing (https://www.iwapublishing.com/books/9781900222914/solids-sewers)

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