Déversoir d'orage (HU)

Traduction anglaise : Sewer overflow, Sewer overflow structure

Ouvrage permettant le rejet direct d'une partie des effluents au milieu naturel lorsque le débit à l'amont dépasse une certaine valeur.

Les déversoirs d'orage sont généralement installés sur les systèmes d’assainissement unitaires dans le but de limiter les apports à l’aval et en particulier dans la station d'épuration en cas de pluie.

Figure 1 : Schéma de principe d'un déversoir d'orage.

Éléments d'historique

A l'origine, dans les villes européennes, les réseaux d'assainissement étaient de type unitaire, c'est à dire que tous les effluents étaient transportés par les mêmes ouvrages et évacués le plus rapidement possible vers le milieu naturel. La prise de conscience, dès la fin du XIXème siècle, des nuisances provoquées par les rejets urbains sur les milieux récepteurs conduisit à éloigner le plus possible de la ville les points de rejets des effluents puis, au début du XXème siècle, à imaginer le concept de station d'épuration. Dans les deux cas il fut alors nécessaire de construire de nouveaux collecteurs, généralement parallèles aux rivières, et susceptibles d'intercepter les flux provenant des réseaux existants, pour les conduire plus à l'aval.

Figure 2 : Différentes étapes du développement des réseaux d'assainissement.

Comme il n'était pas possible de donner à ces ouvrages des dimensions suffisantes pour leur permettre d'évacuer les débits considérables générés par les pluies les plus violentes, l'ancien exutoire, permettant le rejet direct au milieu naturel fut souvent conservé, les deux ouvrages étant mis en relation par des dispositifs variés, destinés à réguler autant que possible le débit transitant dans le nouveau collecteur. La notion de déversoir d'orage fut alors introduite dans les réseaux modernes d'assainissement.

Figure 3 : Implantation type des déversoirs d'orage.

L'ouvrage le mieux maîtrisé à cette époque pour réguler les débits était le seuil. Connu depuis l'antiquité, les seuils avaient été développés au Moyen-Age dans le but d'utiliser au mieux l'énergie hydraulique. Dans un premier temps cette technique fut donc réutilisée et les premiers déversoirs d'orage furent les déversoirs obliques ou frontaux, pour lesquels le seuil est construit perpendiculairement à l'écoulement, et les déversoirs latéraux pour lesquels le seuil est construit parallèlement au flux. Les déversoirs latéraux pouvaient même dans de nombreux cas se réduire à de simples fenêtres percées dans la paroi des collecteurs.

La diversité des situations locales, la nécessité de tenir compte des ouvrages existants, l'absence de règles de construction claires et l'imagination des concepteurs ont cependant conduit, au fil des années, à la mise en place d'ouvrages très diversifiés et très compliqués.

Figure 4 : Exemple de déversoir d'orage un peu compliqué ; Source : Catalogue des déversoirs d'orage de Lyon Métropole.

Au cours des années 1980 apparaît le concept de gestion en temps réel. Dans ce cadre, les déversoirs d'orage sont considérés comme des points de contrôle particulièrement importants pour réguler les débits, et permettre de mieux approcher deux impératifs apparemment contradictoires : minimiser les rejets au milieu naturel et diminuer les risques d'inondation. Pour atteindre cet objectif, il est cependant nécessaire d'imaginer et de mettre au point des ouvrages réglables : déversoirs à vanne réglable, à seuil gonflable, à siphon, etc..

Figure 5 : Exemple de déversoir d'orage équipé d'un seuil gonflable à l'aval.

Enfin, à la même époque, la prise de conscience de l'importance des impacts dus aux rejets de temps de pluie amène à se préoccuper de l'amélioration des ouvrages de déversement. L'objectif déclaré est de concevoir des systèmes susceptibles de rejeter au milieu naturel des eaux moins chargées en polluants que celles arrivant dans l'ouvrage. De simples systèmes répartiteurs de débit, les déversoirs sont ainsi promus au rang d'ouvrages de dépollution ! Plusieurs pistes sont explorées, citons en particulier les déversoirs à seuil haut et à chambre tranquillisante et les déversoirs tangentiels, utilisant la force centrifuge pour séparer l'eau et les matières en suspension.

Figure 6 : Exemples de déversoir d'orage à seuil haut et à chambre tranquillisante et de déversoir tangentiel.

Depuis la réglementation concernant les déversoirs d'orage s'est progressivement durcie.

• Dès 2000, la Directive cadre sur l'eau limitait leur fonctionnement aux situations inhabituelles, sans toutefois préciser clairement ce qu'était une situation inhabituelle en matière de pluviométrie.
• L'article 5 de l’arrêté du 22 juin 2007 indiquait que "les points de délestage du réseau et notamment les déversoirs d'orage des systèmes de collecte unitaires sont conçus et dimensionnés de façon à éviter tout déversement pour des débits inférieurs au débit de référence et tout rejet d'objet flottant en cas de déversement dans les conditions habituelles de fonctionnement."
• La mise en place de l'autosurveillance par l'arrêté du 21 juillet 2015 a rendu obligatoire la mesure ou l'évaluation des quantités d'eau et de polluants rejetés par les déversoirs d'orage installés sur des conduites dans lesquelles circulent plus de 120 kg de DBO₅ par jour.
• Les prescriptions techniques qui sont venues compléter l'arrêté du 21 juillet ont ensuite précisé les dispositions à respecter concernant la surveillance des rejets directs dans le milieu naturel par temps de pluie. Les services ont le choix entre 3 critères

• limiter le volume de rejets à 5% du volume produit par an par la station
• limiter le flux de polluants à 5% du flux de polluants produits par an
• limiter le nombre de jours de déversements à 20 par an (pour les déversoirs d'orage soumis à surveillance).

Les déversoirs d'orage constituent donc aujourd'hui l'un des points majeurs d'intérêt dans la conception, la gestion et l'exploitation des systèmes d'assainissement.

Éléments de classification

Le concept de déversoir d'orage regroupe une grande diversité d'ouvrages et de fonctions. Proposer des outils pour analyser leur fonctionnement nécessite donc au préalable d'en établir une typologie claire. Plusieurs classifications sont possibles selon que l'on s'intéresse aux principes constructifs utilisés ou au mode de fonctionnement des ouvrages. Nous proposons deux typologies différentes.

Typologie selon le mode de régulation

Cette typologie s'appuie sur une idée initialement proposée par Touzo (1994). Elle prend en compte une vision systémique du déversoir qui s'intéresse à la façon dont le système est régulé.

Figure 7 : Représentation systémique d'un déversoir d'orage.

Le système est caractérisé par trois variables de flux :

• $ Q_e $ : débit entrant ;
• $ Q_{prin} $ : débit sortant dirigé vers la branche principale ;
• $ Q_{der} $ : débit sortant dérivé.

et par deux variables d'état :

• $ H $ : hauteur d'eau (ou charge hydraulique) dans l'ouvrage,
• $ V_s $ : volume stocké dans l'ouvrage (et à l'amont de l'ouvrage).

Cette classification permet de distinguer trois familles d'ouvrages :

• les ouvrages dont le fonctionnement est régulé par le débit dérivé :

$ Q_{der}=f(H)\quad et \quad Q_{prin}=Q_e-Q_{der} $

• les ouvrages dont le fonctionnement est régulé par le débit dirigé vers la branche principale :

$ Q_{prin}=f(H)\quad et \quad Q_{der}=Q_e-Q_{prin} $

• les ouvrages dont le fonctionnement est régulé à la fois par le débit dérivé et par le débit dirigé vers la branche principale. Dans ce cas, il est nécessaire de tenir compte de l'évolution du volume stocké dans l'ouvrage et à l'amont de l'ouvrage :

$ Q_{prin}=f_1(H)\quad et \quad Q_{der}=f_2(H) $

$ V_s=g(H) $

Finalement :

$ \frac{dV_s}{dt}= Q_e-Q_{prin}-Q_{der} $