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Expression du modèle simplifié (Texte original de Jean-Michel Tanguy)
A partir des hypothèses précédentes, considérons un canal infini de forme rectangulaire et avec pente constante : largeur $ b $, pente du fond $ p_f $ et profondeur d'eau $ H $.
Fichier:Marée progressive2.gif
Test de l'extension CategoryTree
test publication test publi2
Test de Latex
test2 $ f(y)= \int_a^b \frac{sin(x)}{x}^2 * \sqrt{x+y} $
Théorie de Ritter
Cette théorie suppose un effacement immédiat du barrage dans un canal de section constante, sans pente et sans frottement. Elle prend appui sur la théorie des caractéristiques, remarquablement formulée par Courant et Friedrichs [4], elle consiste à partir des équations de SaintVenant 1D:
$ \begin{cases} \dfrac{ \partial u }{ \partial t }+u\dfrac{ \partial u }{ \partial x }+g\dfrac{ \partial \eta }{ \partial x }=0 \\\\ \dfrac{ \partial \eta }{ \partial t }+\dfrac{ \partial (h+\eta)}{ \partial x }=0 \end{cases} $
En opérant le changement de variable $ c=\sqrt{g(h+\eta) } $, nous obtenons:
$ \begin{cases} \dfrac{ \partial u }{ \partial t }+u\dfrac{ \partial u }{ \partial x }+2c\dfrac{ \partial c }{ \partial x }=0 \\\\ \dfrac{ 2\partial c }{ \partial t }+2u\dfrac{ \partial c}{ \partial x }+c \dfrac{ \partial u}{ \partial x }=0 \end{cases} $
En faisant respectivement la somme et la différence de ces 2 équations, nous obtenons:
$ \begin{cases} \left [ \dfrac{ \partial }{ \partial t }+(u+c)\dfrac{ \partial }{ \partial x } \right](u+2c)=0 \\\\ \left [ \dfrac{ \partial }{ \partial t }+(u-c)\dfrac{ \partial }{ \partial x } \right](u-2c)=0 \end{cases} $
Ces 2 relations représentent les équations de deux courbes caractéristiques $ C^+ $ et $ C^- $, de pentes respectives:
$ \begin{cases} \dfrac{ dx }{ dt }=u+2c \\\\ \dfrac{ dx }{ dt }=u-2c \end{cases} $
Tracé du diagramme des caractéristiques
Nous avons vu précédemment que les caractéristiques $ C^- $ sont des droites faciles à tracer.
Par contre, les caractéristiques $ C^+ $ ne sont pas des droites et leur tracé peut être réalisé de proche en proche de la manière suivante :
- nous partons du pied de la caractéristique en prenant un point sur l'axe des x en amont : $ P_0 (x_{p0}, t_{p0}=0) $
- nous passons au point $ P_1 (x_{p1}, t_{p1}) $ le long de $ C^+ $ qui vient couper $ C^- $, qui correspond à une hauteur d'eau relative $ h_{p1}=1 $
- Ce point appartient donc d'une part à la caractéristique $ C^- $ et on peut donc écrire : $ x_{p1}=-c_0t_{p1} $
- Par ailleurs, $ P_1 $ appartient également à la caractéristique $ C^+ $ issue de $ P_0 $, ce qui nous permet d'écrire:
- $ \dfrac{dx} {dt} =u+c_0=c_0 $ (puisque la vitesse est nulle en amont du réservoir au repos), d'où :
- $ x_{p1}=x_{p0}+c_0t_{p1} $
- On en déduit les coordonnées de $ P_1 : x_{p1}=x_{p0}/2 $ et $ t_{p1}=-x_{p0}/(2 c_0) $
- en suivant $ C^+ $ nous partons alors de $ P_1 $ pour atteindre $ P_2 $ qui se trouve sur une autre caractéristique $ C^- $ correspondant à une autre hauteur d'eau inférieure, par exemple $ h_{p1}=0.9 $ si on choisit un pas de discrétisation $ dh=0.1 m $.
- De la même manière que précédemment, nous écrivons les 2 conditions d'appartenance de $ P_2 $ à 2 caractéristiques:
- $ P_2 $ appartient à $ C^+ $ : $ \dfrac{dx} {dt} =u+c=c_0 $ soit $ \dfrac{x_{p2}-x_{p1}} {t_{p2}-t_{p1}} =u_{p2}+c_{p2}=c_0 $
- le long de cette caractéristique, la quantité $ u+2c $ se conserve (invariant de Rieman), d'où : $ u_{p2}+2c_{p2} =u_0+2c_0 $
- $ P_2 $ appartient à $ C^- $ : $ \dfrac{dx} {dt} =-3c_{p2}+2c_0+u0 $
De l'ensemble de ces relations, nous en déduisons les coordonnées de $ P_2 $
$ t_{p2}= x_{p1}-t_{p1}(-c_{p2}+2c_0+u_0 )/(-2c_{p2}) $
$ x_{p2}=(-3c_{p2}+2c_0+u_0)t_{p2} $
L'avancée progressive de cet algorithme en prenant ici comme pas de discrétisation pour les caractéristiques $ C^+ (en bleu) : dx=50 m $ et pour les caractéristiques $ C^- (en rouge) : dh=0.1 $ nous permet de tracer le diagramme des caractéristiques:
Test Pdf
Media:METHODES GEOPHYSIQUES_CHAP_1_2_3_4.pdf Media:METHODES GEOPHYSIQUES_CHAP_5_6_7_8.pdf Media:TECHNIQUE DES PETITS BARRAGES_CHAP_1_2_3.pdf Media:TECHNIQUE DES PETITS BARRAGES_CHAP_4_5_6_7.pdf
Test du gif animé
Test de l'extension WikiCategoryTagCloud
Test de l'extension Anywebsite
Test de l'extension ToFeed (rss) couplé avec Anywebsite
Test de l'extension Imagemap
Seul la région "Bretagne" est cliquable, j'ai allégé le code pour cette page de test
Test de wgRawHtml (utilisation du langage HTML
La fonction "html" fonctionne
Test de l'extension Cite
According to scientists, the Sun is pretty big.[1] The Moon, however, is not so big.[2]
Notes
- ↑ E. Miller, The Sun, (New York: Academic Press, 2005), 23-5.
- ↑ R. Smith, "Size of the Moon", Scientific American, 46 (April 1978): 44-6.
Test de l'extension SyntaxHighlight_GeSHi
//boucle en temps for t=0:0.05:1 i=i+1 if i<>1 then yprec=y; end y=a*cos(k*x-sigma*t) if option==2 then y=y+a*cos(-k*x-sigma*t); end // agitation if i==1 then yprec=y; end xfpolys([x';LONG;0],[yprec';-1;-1],[id1]) plot(x',yprec',"w") xfpolys([x';LONG;0],[y';-1;-1],[id2]) deltay=max(y,yprec) num=string(t) xpause(1000); title(titre+num+' sec', 'position',[0.5 0.5],'fontsize',3) plot2d(x',y') // dessin des vecteurs vitesse select option case -1 then [fx2, fy2]=vitesse(k,h,agksursigma,t,xvect,yvect,sigma) case 1 then [fx1, fy1]=vitesse(k,h,agksursigma,t,xvect,yvect,sigma) else [fx1, fy1]=vitesse(k,h,agksursigma,t,xvect,yvect,sigma) [fx2, fy2]=vitesse(-k,h,-agksursigma,t,xvect,yvect,sigma) end fx=fx1+fx2;fy=fy1+fy2 b=get("current_axes"); b.data_bounds=[0,-1;10,0.6]; b.auto_scale="off" champ(xvect',yvect',fx,fy,arfact=1) //GIF export xs2gif(0,'houle3_'+string(i)+'.gif'); // longueur des vecteurs vitesse lv=sqrt(fx.*fx+fy.*fy) //delete() end
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Traduction anglaise : toto of storm water discharges
Dernière mise à jour : 01/06/2021
Cet article traite de l’ensemble des moyens qu’il est possible de mettre en œuvre pour mieux maîtriser les rejets urbains de temps de pluie ou RUTP.
Les rejets urbains de temps de pluie sont constitués des eaux usées et des eaux de ruissellement que les villes rejettent, soit de façon séparée (système séparatif), soit sous la forme d'un mélange (système unitaire) pendant les périodes pluvieuses.
Les concentrations en polluants dans ces rejets peuvent être importantes (voir Pollution des rejets urbains de temps de pluie (HU)) et les rejets urbains de temps de pluie contribuent notablement à la dégradation des milieux aquatiques récepteurs (voir Impact (des rejets urbains sur les milieux aquatiques) (HU)).
Il est donc nécessaire de mettre en œuvre des moyens efficaces permettant de réduire ces rejets ainsi que leurs impacts. Dans un premier temps il est utile de définir quelques éléments de stratégie. Nous présenterons ensuite les différents moyens pratiques utilisables, en distinguant les actions curatives reposant sur des stratégies de traitement et les actions préventives reposant sur la diminution des volumes d'eau ou de polluants mobilisés pendant les périodes pluvieuses.
Éléments de stratégie
Raisonner maîtrise et pas uniquement traitement
Les actions possibles pour réduire les rejets et leurs impacts sont nombreuses et le traitement (au sens de dépollution) n’est qu’une piste parmi d’autres et pas nécessairement la plus efficace à long terme. Des actions très différentes peuvent être utilisées, reposant par exemple sur les idées suivantes :
- réduire les volumes et les débits d’eau produits ;
- réduire les quantités de polluants mobilisables par temps de pluie ;
- améliorer la stratégie de rejet de façon à diminuer les impacts ;
- etc..
Prendre en compte l'ensemble des rejets
Pendant les événements pluvieux, la ville continue de produire des eaux usées. C'est donc l'ensemble des flux (eaux usées et eaux de ruissellement) qu'il faut prendre en compte. Une partie de ces flux transite par la station d'épuration, une partie subit éventuellement des traitements spécifiques et une partie est rejetée sans aucun traitement. Diminuer la masse totale de polluants rejetée implique de prendre en considération chacun de ces éléments et de diminuer leur somme. Il n'est pas forcément efficace, par exemple, de diminuer la masse de polluants rejetée par les déversoirs d'orage d'un réseau unitaire, si l'on augmente dans le même temps la masse de polluants rejetée par la station d'épuration.
Prendre en compte la durée totale pendant laquelle l'événement pluvieux modifie le fonctionnement du système d’assainissement
La durée totale à considérer lorsque l’on cherche à définir une stratégie de réduction des RUTP doit être significativement plus longue que celle des événements pluvieux générateurs. Il est en effet nécessaire de prendre en compte la totalité de la période qui va du début de la précipitation pluvieuse jusqu’au moment où le système d’assainissement retrouve un fonctionnement nominal de temps sec. Les raisons de cette nécessité sont les suivantes :
- les écoulements peuvent être notablement augmentés pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours après une pluie (vidange d’ouvrages de stockage, présence d’eaux parasites d’infiltration, etc.) ;
- la composition des rejets peut être différente et modifier le fonctionnement de la station d’épuration (du fait de l’arrachement du biofilm présent dans le réseau par exemple) ;
- la station d'épuration elle-même peut avoir été perturbée par l’augmentation des débits (par exemple déstabilisation de la chaine de nitrification/dénitrification) et avoir besoin de temps pour récupérer ses capacités nominales.
Minimiser les impacts et non seulement les rejets et adapter la stratégie aux objectifs sur le milieu
Selon la nature du milieu aquatique et ses usages, il n'est pas nécessairement utile de le protéger de manière uniforme contre les mêmes événements. Au-toto des obligations réglementaires qui doivent bien évidemment être satisfaites (l’arrêté du 21 juillet 2015 impose un nombre maximum de rejets par an ou un pourcentage maximum des flux d’eau ou de polluants rejetés), il convient de déterminer les types d'impact contre lesquels on veut se prémunir. On se réfère par exemple souvent aux trois familles de critères suivants :
- les masses de polluants rejetées sur de longues périodes (au moins une année pour intégrer la variabilité saisonnière) qui déterminent les effets cumulatifs ; cette famille de critères pourra être prise en compte par exemple dans le cas de milieux sensibles à l’eutrophisation ou à des effets écotoxiques ;
- les masses de polluants rejetées à l’occasion des événements les plus chargés, et/ou lorsque le milieu aquatique est le plus vulnérable (débit faible, température de l'eau élevée) qui sont responsables des effets de choc immédiats ; des critères de ce type seront à considérer si le milieu aquatique est par exemple sensible aux chocs anoxiques ;
- la fréquence des rejets, éventuellement pour une saison particulière ; cette famille de critères sera la plus significative dans le cas d'effets chroniques ou d'effets de stress et/ou de la gêne pour certains usages, en provoquant par exemple des interdictions de baignade en été.
Selon le type d'impact considéré comme prioritaire, mais également selon la sensibilité du milieu ou la nature des rejets, le ou les polluants les plus perturbants ne seront également pas les mêmes, ce qui peut également conditionner la stratégie à mettre en œuvre.
Prendre en compte la complexité réelle des phénomènes
Les impacts des rejets dans un milieu aquatique sont régis par un grand nombre de paramètres et les approches trop simples sont souvent insuffisantes. Par exemple les rejets sont répartis dans l'espace et peuvent se succéder dans le temps. Comme les impacts de ces rejets ont une durée potentiellement importante ces impacts peuvent donc se cumuler à la fois dans le temps et dans l'espace. Seule une simulation en continue intégrant à la fois les rejets et les réactions du milieu récepteur peut alors permettre de comprendre leur dynamique et de définir une stratégie efficace. Cette situation est illustrée par la figure 1 qui présente un exemple sur la Seine.
Actions curatives reposant sur le traitement des RUTP
Utilisation optimum des stations d'épuration
L'équipement de la France en stations d'épuration est en 2020 très correct (BIPE, 2015). De plus une grande majorité des systèmes d'assainissement est, au moins en partie, de type unitaire. Essayer de tirer le meilleur parti de cet équipement est donc la première piste qui a été envisagée. Pour ceci deux ensemble de moyens peuvent être exploitées :
- amener le maximum de flux jusqu'à la station d'épuration ;
- optimiser sa capacité épuratoire pendant les périodes pluvieuses.
Amener le maximum de flux polluants à la station d'épuration
Les stations d'épuration sont généralement conçues pour accepter des débits plusieurs fois supérieurs au débit moyen de temps sec. Elles disposent donc d'une réserve de traitement qui leur permet théoriquement de traiter une partie plus ou moins importante des volumes produits pendant les périodes pluvieuses. Pour optimiser l'utilisation de cette surcapacité il est possible d'agir sur plusieurs paramètres.
Optimiser le réglage des seuils des déversoirs d'orage
Il s'agit d'éviter que certains déversoirs d'orage ne rejettent avant que la capacité de la station ne soit atteinte. Simple dans son principe, cette action n'est cependant pas toujours facile à réaliser pour les raisons suivantes.
- Le niveau des seuils peut être imposé par le débit capable de certains tronçons et remonter le niveau d'un seuil peut conduire à une augmentation du risque d'inondation en aval ou à des remontées des eaux en amont (inondation des sous-sols par exemple).
- Selon la position du déversoir dans le système d'assainissement ce ne sont pas nécessairement les mêmes événements pluvieux qui vont provoquer des déversements ; par exemple les déversoirs les plus en amont seront particulièrement sensibles à des pluies très courtes et très intenses qui ne généreront pas nécessairement de débits importants plus en aval.
- Un système d'assainissement constitue un système complexe et toute action sur un déversoir particulier aura des conséquences sur les déversoirs situés en aval ; remonter le seuil d'un déversoir particulier peut donc conduire à augmenter le volume rejeté par un autre déversoir. Une somme d'améliorations locales est donc insuffisante et il est nécessaire d'avoir une vision globale du fonctionnement du système d'assainissement. Or ce fonctionnement évolue au cours du temps et dépend des caractéristiques des précipitations. Un réglage particulier des débits de déversement peut ainsi être parfaitement adapté pour une pluie donnée et s’avérer totalement inadapté pour une autre.
Nota : Il est important de bien comprendre qu'amener le maximum d’effluents le plus loin possible vers l'aval ne constitue pas obligatoirement une optimisation du fonctionnement. Outre le fait qu'elle peut conduire à des consommations importantes d'énergie lorsque des pompages sont nécessaires, elle est la cause de rejets très importants par certains déversoirs (en particulier par celui qui est situé à l'entrée de la station). Ces rejets sont susceptibles d'être plus dommageables pour le milieu aquatique que des déversements répartis en plusieurs points le long du réseau et du milieu récepteur.
Stocker provisoirement l'eau dans le réseau
La deuxième solution possible consiste à stocker provisoirement l'eau excédentaire pendant l’événement pluvieux, et à la restituer ultérieurement à un débit régulé compatible avec la capacité de la station. Le stockage dans le système d'assainissement peut être effectué soit dans des ouvrages spécifiques (bassins d'orage), soit dans le réseau lui-même. Cette solution est efficace mais nécessite une bonne maîtrise de la gestion du transport solide pour éviter des dépôts trop importants dans le réseau.
Gérer les flux en temps réel
L'utilisation de systèmes adaptatifs fonctionnant soit en fonction des caractéristiques prévues de la pluie, soit en temps réel (déversoirs automatisés par exemple), constitue une piste intéressante. Le principe consiste à adapter en permanence les capacités de transport et de traitement de façon à optimiser le fonctionnement global du système. Ce fonctionnement dynamique est obtenu en utilisant des ouvrages de régulation qui peuvent être pilotés par un agent humain ou par un automate (on parle alors de gestion automatique). Ce type de solution suppose que l’on dispose de possibilités alternatives de fonctionnement (par exemple mobilisation d’une capacité de stockage supplémentaire ou possibilité de transfert des flux vers une autre branche du réseau). Voir Gestion en temps réel des systèmes d'assainissement (HU).
En augmentant les flux apportés à la station d’épuration, on réduit mécaniquement ceux qui sont rejetés sans traitement par les déversoirs d’orage. Cette solution est donc potentiellement efficace, mais nécessite cependant d‘être utilisée avec précaution. En effet diminuer la masse de polluants rejetée par les déversoirs d’orage n’implique pas nécessairement que la masse totale de polluants rejetée soit diminuée. Pour ceci il est nécessaire que la station d'épuration soit en mesure de traiter de façon efficace les flux qu'elle reçoit pendant les périodes pluvieuses.
Utiliser au mieux la station d'épuration pendant la période de temps de pluie
Par temps de pluie, les débits et les volumes d’effluents à traiter par la station d'épuration augmentent de façon sensible. De plus ces effluents ont une composition différente de celle des eaux usées de temps sec. Les différences sont variables selon les polluants concernés (augmentation des concentrations en MES, relative stabilité ou baisse des concentrations en DCO et DBO5, forte diminution des concentrations en azote et phosphore, changement des ratios C/N/P). Il ne s’agit donc pas d’une simple dilution. Ces modifications sont susceptibles d'avoir des conséquences sur le fonctionnement des stations d’épuration, notamment sur celui des stations à boues activées en culture libre qui sont les plus nombreuses en France :
- des pics de concentration en MES dans l’eau traitée ;
- une légère baisse de rendement du traitement de la pollution carbonée ;
- une baisse parfois forte, voire un arrêt, de la nitrification (lorsqu'elle est mise en place) ;
- un stockage des boues dans le clarificateur et, éventuellement, une fuite de ces boues vers le milieu aquatique ;
- des perturbations plus ou moins graves de la filière boues.
Pour éviter (ou du moins limiter au maximum) ces perturbations et assurer un bon rendement d'épuration pendant les périodes pluvieuses, plusieurs précautions doivent être prises, en particulier (Duchêne et Canler, 1995) :
- anticiper l'arrivée de l'événement de façon à optimiser la capacité de traitement ;
- adapter les dispositifs de prétraitement aux spécificités des RUTP ;
- améliorer la décantation primaire par adjonction de réactifs, afin d'optimiser l'interception de la fraction particulaire des polluants des RUTP ;
- adapter les traitements biologiques secondaires (selon les filières).
Il est à noter que si la concentration en entrée (voir le débit massique) diminue en entrée, le rendement peut être altéré mais cette situation n'est pas grave à la condition que le flux rejeté reste acceptable par le milieu. De façon pragmatique la meilleure solution pour éliminer le maximum de flux consiste à exploiter la STEP dans la gamme de débit où elle offre les meilleures qualité au rejet. Aussi l’un des points d’attention est de pouvoir stocker (voir point précédent) pour se donner la possibilité d'exploiter la STEP dans sa tranche de débit la plus performante.
Une piste plus radicale consiste à augmenter la capacité de traitement primaire et à créer une filière spécifique au temps de pluie. Cependant cette filière spécifique peut être également mise en œuvre dans un autre cadre que la station d'épuration comme nous allons le voir dans le paragraphe suivant.
Ouvrages spécifiques de traitement
Le principe de base d'un traitement spécifique des RUTP a été posé depuis plus de 30 ans (Chebbo, 1992). Il repose sur le fait que, dans ces effluents, de nombreux polluants (mais pas tous, voir Pollution des rejets urbains de temps de pluie (HU)) sont fixés sur des particules solides, en grande majorité fines (quelques dizaines de micromètres), mais qui sont relativement bien décantables.
Deux types principaux d’ouvrages de traitement utilisant la décantation ont ainsi été testés :
- les ouvrages de stockage-décantation extensifs : les effluents sont admis dans l’ouvrage, restent stockés un temps suffisant pour qu’une partie importante des matières en suspension se déposent, puis sont vidangés en évitant la remise en suspension des solides décantés ;
- les ouvrages de décantation au fil de l’eau, sans stockage.
Ouvrages de stockage-décantation extensifs
Les eaux polluées sont stockés temporairement dans un bassin de retenue conçu pour favoriser la décantation des matières en suspension (en particulier en évitant les courts-circuits hydrauliques). Les effluents décantés sont le plus souvent rejetés directement au milieu naturel. Dans certains cas les eaux les plus chargées, et éventuellement les sédiments décantés, peuvent, pour leur part, être remis en mouvement après la pluie pour être envoyés vers la station d'épuration.
Les rendements peuvent atteindre 60 à 90 % pour les polluants présents en phase particulaire, pour des temps de séjour de 2 à 4 heures, à condition que la géométrie et l’hydrodynamique des ouvrages soient bien appropriées (Jansons et al., 2005 ; Jansons & Law, 2007 ; Persson & Wittgren, 2003).
Nota : Les dimensionnements ne portant que sur les volumes et surfaces des ouvrages de décantation sans tenir compte de l'hydrodynamique des écoulements (Méthode de Hazen par exemple) sont totalement inefficaces. Ils peuvent conduire à des rendements de décantation extrêmement médiocres car ils ne permettent pas de tenir compte de la présence éventuelle de courts-circuits hydrauliques ou de la remise en suspension des particules décantées au moment de la vidange.
Du fait des temps de séjour nécessaires, le volume de ces ouvrages doit être important si on veut contrôler le volume rejeté par les événements pluvieux les plus forts : de 25 à plus de 100 m3/ha actif selon les objectifs visés (Ruscassier et al., 1998).
Des volumes plus faibles, même si le phénomène de premier flot est rarement exploitable, peuvent cependant être efficaces pour diminuer la masse annuelle rejetée et, dans une moindre mesure, la fréquence des déversements. En effet, la majeure partie des pluies générant du ruissellement sont des pluies faibles ou moyennes pour lesquelles les volumes produits pourront être totalement interceptés par des ouvrages de capacité plus réduite.
Pour réduire la taille des ouvrages, un fonctionnement au fil de l'eau est également envisageable. Il nécessite une conception hydraulique encore plus rigoureuse de l'ouvrage pour limiter les écoulements préférentiels. Le rendement des ouvrages au fil de l'eau est cependant plus faible.
Nota : Les bassins de stockage-décantation extensifs fonctionnent d'une façon totalement différente des bassins d'orage. Les bassins d'orage doivent être le plus autocurants possible pour transférer directement les flux polluants vers la station alors que les bassins de stockage-décantation doivent l'être le moins possible pour favoriser la décantation.
Décanteurs lamellaires et filtres au fil de l’eau
Le principe de la décantation lamellaire consiste à réduire la distance verticale à parcourir par les particules pour être décantée, et donc à multiplier la surface utile de décantation pour un volume donné d’ouvrage. Ceci est réalisé au moyen de lamelles superposées et inclinées pour faciliter la récupération des solides décantés. Les ouvrages peuvent être préfabriqués ou non, selon leur taille. Ces ouvrages ont l'avantage de nécessiter moins d'espace tout en garantissant un rendement acceptable (Lalire, 2010). Ils nécessitent de façon impérative un entretien conséquent et régulier.
Séparateurs hydrodynamiques
Ce type d'appareil consiste à créer, par effet hydrodynamique, une accélération supérieure à celle du champ de pesanteur de façon à mieux exploiter la différence de masse volumique entre l'eau et les particules. Cette accélération est obtenue en donnant à l'eau un mouvement circulaire rapide, soit dans un décanteur courbe à effet tangentiel, soit, de façon plus classique, dans des ouvrages utilisant l'effet vortex. Des appareils de ce type peuvent être installés directement dans les déversoirs d'orage. Le rendement effectif de ces ouvrages pour les particules fines qui portent l'essentiel de la pollution est cependant médiocre (Lalire, 2010).
Séparateurs préfabriqués à hydrocarbures
Ces appareils, souvent préconisés pour traiter les hydrocarbures et différents autres polluants contenus dans les eaux de ruissellement, sont totalement inefficaces pour traiter la pollution des eaux de ruissellement (Voir Séparateur à hydrocarbures (HU)). Leur utilisation ne devrait être prescrite que dans le cas où les risques de pollution accidentelle sont importants (stations toto, aires de manœuvre de poids lourds, etc.).
Ecrans et tamis
Les grilles, écrans, filets ou tamis à mailles de plus en plus fines constituent une technique de piégeage susceptible d'éliminer efficacement les déchets les plus grossiers et de limiter ainsi la pollution visuelle. L'efficacité de ces ouvrages pour piéger les particules fines, même au moyen de filtres spécifiques, est cependant discutée. Ces dispositifs ont l'avantage de pouvoir être installés très à l'amont du réseau, voire directement dans les avaloirs, pour piéger les polluants à la source (Bonansea & Le Quéau, 2020). Ils peuvent également être disposés au niveau des déversoirs d’orage ou dans des rivières urbaines réceptacles des RUTP. Tous ces dispositifs nécessitent une exploitation et un entretien réguliers.
Ouvrages de traitement biologiques passifs
L'utilisation d'ouvrages de traitement biologiques passifs (filtres plantés, lagunes, etc.) constitue probablement une des voies les plus intéressantes pour le traitement des RUTP . Les recherches montrent le rôle prépondérant du phénomène physique de décantation, amélioré par la présence des plantes. La contribution de certains phénomènes chimiques (adsorption des métaux) et biologiques (dégradation de la matière organique) peut cependant être non négligeable. Ces dispositifs peuvent être utilisés de deux façons :
- sur des eaux strictement pluviales, ils sont alors considérés comme des techniques alternatives et permettent un traitement à la source ;
- juste avant leur rejet au milieu naturel, que ce soit sur des exutoires pluviaux ou sur des déversoirs d’orage (Molle et al., 2013).
Actions préventives
Les actions préventives consistent à développer des stratégies qui limitent les flux polluants susceptibles d'être rejetés par temps de pluie. Ces stratégies sont fondées sur deux principes :
- réduire les débits d'eau transitant dans le réseau ;
- réduire les concentrations en polluants dans les eaux circulant dans le réseau.
Ces actions peuvent être menées avant l'introduction de l'eau dans le réseau ou dans le réseau lui-même.
Mettre en conformité les branchements en réseaux séparatifs
Dans le cas des réseaux séparatifs, les mauvais branchements : eaux usées (EU) dans le réseau eau pluviale (EP) et eaux pluviales dans le réseau eau usée, sont une source de pollution importante.
- Concernant le premier cas (EU dans le réseau EP) on a aujourd'hui (presque) totalement supprimé les rejets directs d’EU par le réseau EP en faisant des reprises des débits de temps sec du réseau EP vers le réseau EU ; cependant ces reprises ont des capacités limitées et, en temps de pluie, les réseaux EP continuent de rejeter des quantités importantes d'eaux usées ;
- Le second cas (EP dans le réseau EU) est également une source de pollution importante ; en effet, pour éviter les inondations par saturation du réseau EU, il est souvent nécessaire d'installer des déversoirs d'orage ou de faire des by-pass vers le réseau EP, ce qui est, là encore, à l'origine de rejets d'eaux usées non traitées.
Remettre en conformité le maximum de branchements ou déconnecter les eaux pluviales des réseaux EU en utilisant des techniques alternatives (voir ci-dessous) est donc une mesure importante.
Diminuer les infiltrations d'eaux claires parasites
Les eaux claires parasites, comme leur nom l'indique, sont généralement très peu polluées. Elles posent cependant un problème car elles contribuent à augmenter les débits et de ce fait à accroître les rejets par temps de pluie. Comme elles peuvent se maintenir plusieurs jours après un événement pluvieux elles contribuent également à augmenter la durée des périodes de temps de pluie. Leur recherche et leur élimination constitue donc un moyen efficace d'améliorer l'utilisation des stations d'épuration pendant les périodes pluvieuses et de réduire les rejets strictement pluviaux.
Améliorer les conditions de transport solide dans le réseau
L'analyse des gisements de polluants dans les RUTP (voir Pollution des rejets urbains de temps de pluie (HU)) a montré que les solides déposés en temps sec dans les réseaux d‘assainissement unitaires constituaient une source majeure pour beaucoup d'indicateurs. De plus les dépôts réduisent les sections d’écoulement des collecteurs et sont responsables d'un fonctionnement plus fréquent et plus précoce des déversoirs d’orage. Le contrôle de ces sédiments constitue donc une action doublement efficace pour réduire les RUTP. Plusieurs actions complémentaires sont envisageables :
- améliorer, lorsque c'est possible, les capacités d'autocurage du réseau ;
- développer l'utilisation de pièges à charriage efficaces pour intercepter les particules solides les plus grossières ;
- améliorer les pratiques de curage (des réseaux et des ouvrages d'interception) de façon à éviter la remise en suspension des sédiments lors des pluies ;
- mettre en œuvre des dispositifs de chasse modernes (par exemple des vannes à ouverture cyclique) dans les collecteurs unitaires pour éviter la formation d'une couche organique susceptible d'être érodée et/ou entrainée pendant les événements pluvieux.
Réduire à la source les volumes d'eau et les flux de polluants introduits dans le réseau
La généralisation de l'utilisation de techniques alternatives à la source de gestion des eaux pluviales est certainement la piste à privilégier sur le long terme.
Ces solutions présentent plusieurs intérêts majeurs vis à vis de la limitation des RUTP :
- Elles réduisent les volumes introduits dans le réseau, donc, mécaniquement les volumes rejetés : ceci est évident si la technique est infiltrante, mais ceci est vrai aussi pour les techniques non infiltrantes, en particulier pour les dispositifs végétalisés qui absorbent une grande fraction du volume produit pour les pluies de faibles hauteurs précipitées, les plus fréquentes.
- elles réduisent les concentrations en polluants : en ralentissant l'écoulement et en stockant provisoirement l’eau, elles offrent la possibilité d'une décantation et d'une filtration efficace des effluents, moyens efficaces de dépolluer les effluents ;
- elles contribuent à diminuer les incivilités : en rendant l’eau visible et en favorisant le caractère plurifonctionnel des ouvrages, elles encouragent les citadins à les respecter et à diminuer les rejets incontrôlés de déchets divers.
Nota : si l'eau est infiltrée, c'est le sol lui-même qui joue un rôle de filtre. Les polluants particulaires sont alors majoritairement retenus en surface et/ou très près de la surface, typiquement dans les premières dizaines de centimètres. Les mesures effectuées sous des ouvrages depuis longtemps en service montrent que les polluants ainsi retenus, principalement hydrocarbures et métaux lourds, ne dépassent jamais un mètre de profondeur et ne risquent pas d'être relargués et de contaminer la nappe, ni un milieu aquatique de surface.
Réduire les émissions à la source
La façon la plus radicale d’éviter de polluer les milieux aquatiques consiste à limiter les émissions de polluants à la source. Certaines de ces actions sont difficiles à mettre en œuvre car elles réclament des décisions nationales ou supranationales ainsi qu'une adhésion et un soutien des populations.
Les actions possibles à une échelle locale sont cependant nombreuses et leur mise en œuvre permettrait une réduction significative de l'émission de certaines substances. Certaines de ces actions sont, au moins en partie, sous la responsabilité directe des collectivités, d'autres ressortent plus d'actions incitatives ou d'information auprès du public :
- arrêter totalement l'utilisation de pesticides et biocides en ville ;
- modifier les pratiques locales de nettoyage des rues (augmenter leur fréquence et développer la combinaison aspiration et lavage) ;
- encourager les citoyens à mieux gérer leurs déchets (ne pas jeter les mégots dans la rue, utiliser les poubelles, ramasser les déjections animales, etc.) ;
- modifier les revêtements de chaussées et utiliser des peintures de sols sans adjuvants toxiques ;
- utiliser moins, et de manière plus réfléchie, les produits de déneigement et de déverglaçage ;
- améliorer l’efficacité des systèmes de dépollution des systèmes industriels producteurs de fumée, en particulier les installations de chauffage urbain et d’incinération des ordures ménagères ;
- mettre en place des mesures incitatives ou réglementaires visant à conduire les industriels à améliorer leurs aires de stockage ;
- promouvoir les modes de déplacement doux (vélo, transports en commun, etc.) ;
- réglementer l'utilisation des véhicules de manière à diminuer les émissions de polluants par exemple en favorisant l'utilisation en zone urbaine des véhicules électriques ou hybrides ou en limitant la vitesse ;
- etc..
Pour conclure une touche d'espoir
Beaucoup de collectivités ont commencé à mettre en œuvre certaines des mesures que nous avons indiqué dans cet article et les effets positifs semblent commencer à se faire sentir. Les valeurs moyennes de concentration de polluants dans les RUTP que nous avons compilé dans l'article Pollution des rejets urbains de temps de pluie (HU) sont en effet significativement inférieures aux valeurs compilées il y a une quinzaine d'année par (Chocat et al., 2007). La baisse est par exemple de l’ordre de 25 à 50% pour les MES, la DBO, les HAPs et le zinc, et d'un facteur 10 pour le cuivre et le plomb. Même si cette baisse peut être en partie due à des artefacts métrologiques (différences dans les caractéristiques des bassins versants étudiés et/ou des événements pluvieux échantillonnés), elle semble cependant trop importante pour ne pas être significative. Elle confirme les observations de Gaspéri et al. (2014) faites en utilisant uniquement les données des trois observatoires français.
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