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Maîtrise des rejets urbains de temps de pluie (HU)

De Wikhydro

Traduction anglaise : Control of storm water discharges

Dernière mise à jour : 25/02/2021

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.

Sommaire

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 définit une stratégie de réduction des impacts des RUTP doit être significativement plus longue que celle des événements pluvieux générateurs. Il est en effet nécessaire de prendre en compte la durée écoulée depuis le début de la précipitation pluvieuse jusqu’au moment où le système d’assainissement retrouve un fonctionnement nominal de temps sec. Les raisons 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 elle-même peut avoir été perturbée par l’augmentation des débits (par exemple déstabilisation de la chaine de nitrification/dénitrification).

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 contre les mêmes événements. Au-delà 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 polluantes rejetées sur de longues périodes (un cycle annuel par exemple), significatives vis-à-vis des effets cumulatifs ; des critères de ce type seront importants par exemple dans le cas de milieux sensibles à l’eutrophisation ou à des effets écotoxiques ;
  • les masses polluantes rejetées à l’occasion des événements les plus chargés, significatives vis-à-vis 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, significative vis-à-vis des effets chroniques ou de la gêne pour certains usages, en provoquant par exemple des interdictions de baignade.

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 utiliser.

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). Essayer de tirer le meilleur parti de cet équipement est donc nécessaire. Pour ceci deux pistes doivent être exploitées :

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 deux paramètres.

Amener le maximum d'eau à la station en optimisant 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 simple à réaliser pour les raisons suivantes.

  • Le niveau des seuils peut être imposé par la capacité de transport de certains tronçons situé à l'aval et remonter le niveau d'un seuil peut conduire à une augmentation du risque d'inondation à l'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 à l'amont seront particulièrement sensibles à des pluies très courtes et très intenses qui ne généreront pas nécessairement de débits importants plus à l'aval.
  • Un système d'assainissement constitue un système complexe et toute action sur un déversoir particulier aura des conséquences sur les déversoirs situé à l'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'à 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), susceptibles d'être plus dommageables pour le milieu aquatique que des déversements répartis en plusieurs points le long du réseau et du milieu.

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.


Optimiser le fonctionnement de la station d'épuration par temps de pluie

Comme nous l’avons indiqué plus haut, la composition des eaux de temps de pluie est différente de celle des eaux de temps sec. En particulier leur concentration en matières organiques facilement biodégradables est moindre. Dans le cas du stockage, la station reçoit donc, pendant une durée plus longue, un débit accru d'effluents de composition différente. Son rendement en est logiquement affecté et la masse de polluants rejetée par la station augmente. Il est alors possible que la masse supplémentaire de polluants rejetée par la station devienne supérieure à celle que l’on a évité de rejeter par les déversoirs d’orage. Cette remarque montre la nécessité d’une approche globale prenant en compte l’ensemble des rejets et amène à se demander quelle est la part des RUTP qu’il est nécessaire et raisonnable de traiter au niveau des stations d’épuration. Cette question est essentielle et doit obligatoirement être posée. Le surdimensionnement hydraulique des stations et l'augmentation des capacités de stockage en réseau ne constituent en effet qu'une partie des solutions envisageables. D’autres techniques sont disponibles pour traiter les RUTP.


Par temps de pluie, les débits et les volumes d’effluents à traiter en réseau unitaire peuvent être accrus dans des proportions importantes par rapport au temps sec. Ces effluents ont une composition différente de celle des eaux usées de temps sec, les différences étant 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 ont des conséquences sur le fonctionnement des stations d’épuration, notamment les stations à boues activées en culture libre qui sont les plus nombreuses en France. Les conséquences principales observées sont variables selon les caractéristiques des RUTP. Elles peuvent être les suivantes :  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 ;  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. En l'absence de précautions spécifiques, si on traite au fil de l’eau des débits et des volumes trop importants de RUTP sur la station d’épuration, son fonctionnement et son rendement peuvent être fortement altérés pendant, et éventuellement après, les événements pluvieux (une déstabilisation de la chaine de nitrification/dénitrification peut altérer son rendement pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines). Anticiper ces perturbations et éviter au maximum leurs conséquences dommageables en utilisant au mieux les capacités de la station d’épuration, constitue donc une piste potentiellement intéressante pour limiter les flux rejetés par temps de pluie. La plupart des stations offrent en effet des possibilités non négligeables de traitement des RUTP, à la double condition, d'une part, d'avoir appliqué des règles de conception et de dimensionnement adéquates et, d'autre part, de suivre des règles d'exploitation précises. Duchène et Canler [29] ont évalué les possibilités de traiter une quantité maximale des flux polluants aujourd'hui considérés comme prioritaires (DBO5, MES, N et P) avec les types de stations d'épuration les plus courantes en France. Ils mettent notamment en avant les points suivants :  adapter les dispositifs de prétraitement aux spécificités des RUTP (maille et modalités de fonctionnement des dégrilleurs, capacités des pompes de relèvement, volume des dessableurs, etc.) ;  améliorer la décantation primaire par adjonction de réactifs, afin de traiter la fraction particulaire des polluants des RUTP ;  adapter les traitements biologiques secondaires (selon les filières) ;  n’admettre les RUTP en station qu’en situation saine, c'est à dire avec une capacité optimale de traitement ;  gérer la station, pendant l'événement, de manière à maximiser les masses de polluants éliminées ;  passer d’une conception et une gestion statiques des stations à une approche dynamique de leur fonctionnement. A plus long terme, il peut être utile d’augmenter la capacité de traitement primaire et de créer une filière spécifique au temps de pluie.

1.1.2 Ouvrages spécifiques de traitement

En raison de l’importance de la phase particulaire de nombreux polluants des RUTP (voir le paragraphe 1.7), les traitements par décantation constituent une voie de traitement étudiée depuis les années 1970. Les traitements par filtration sont également proposés lorsque des rendements élevés sont nécessaires pour protéger des milieux aquatiques sensibles. On distingue deux types principaux d’ouvrages de décantation :  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. Une combinaison des deux types d’ouvrage est également envisageable pour tirer le meilleur parti de chacun d’eux.

1.1.2.1 Ouvrages de stockage-décantation extensifs

Les RUTP sont stockés temporairement dans un bassin dont la taille, la forme et les modes de fonctionnement doivent être tels qu’ils favorisent la décantation des matières en suspension pendant le stockage (Figure 9). Après décantation, les effluents sont généralement évacués vers le milieu aquatique (Figure 8). Les vitesses de chutes des particules des RUTP sont telles qu’un temps de séjour en eau calme de l’ordre de 2 à 4 heures permet d'obtenir des rendements compris entre 60 et 90 % pour les polluants présents en phase particulaire. Toutefois, ces niveaux de rendement ne peuvent être atteints que lorsque la géométrie et l’hydrodynamique des ouvrages sont appropriées [46], [47], [68]. Ces deux aspects essentiels ont longtemps été négligés, les dimensionnements ne portant souvent que sur les volumes et surfaces des ouvrages. De nombreux ouvrages ont ainsi été mal conçus, ce qui a conduit à des rendements médiocres de décantation dus par exemple à la présence de court-circuits hydrauliques ou à la remise en suspension des particules décantées au moment de la vidange. Dans tous les cas, ces rendements peuvent être très variables selon les événements pluvieux pour un site donné. Comme dans le cas des décanteurs lamellaires (voir le paragraphe 4.2.2.2), il est possible d’améliorer le rendement de décantation en bassins extensifs en ajoutant des réactifs chimiques permettant de mettre en œuvre une coagulation-floculation. Des expériences ont été effectuées sur pilotes et en vraie grandeur avec des résultats intéressants [82]. Mais cet ajout de réactifs demeure encore marginal compte tenu des contraintes d’exploitation qu’il engendre, notamment sur des ouvrages délocalisés.

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 [76]. Du fait de la rareté du phénomène de premier flot (voir le paragraphe 1.8), il est en effet nécessaire de stocker une fraction très élevée du volume ruisselé, notamment en réseau séparatif pluvial. Des volumes plus faibles, même en l’absence de premier flot 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 qui pourront être totalement interceptées par des ouvrages de capacité plus réduite. Pour réduire la taille des ouvrages (mais au prix d’un rendement inférieur), un fonctionnement au fil de l'eau est également possible : il nécessite une conception hydraulique rigoureuse de l'ouvrage pour limiter autant que possible les écoulements préférentiels et/ou secondaires. Sur le plan de la conception hydraulique et de l'exploitation, les bassins de stockage-décantation extensifs sont totalement différents des bassins d'orage présentés au paragraphe 4.2.1.2 et qui sont destinés à stocker provisoirement l'eau avant de l'acheminer vers la station. Si les seconds doivent être le plus autocurants possible pour transférer directement les flux polluants vers la station, les premiers doivent l'être le moins possible pour favoriser la décantation.

1.1.2.2 Décanteurs lamellaires et filtres au fil de l’eau

Le principe de la décantation lamellaire consiste à multiplier la surface utile de décantation pour un volume donné d’ouvrage, au moyen de lamelles superposées et inclinées pour faciliter la récupération des solides décantés. Les ouvrages peuvent être préfabriqués ou non, selon leur taille. Il existe différents types de décanteurs lamellaires, en fonction de la forme des lamelles et des sens respectifs de circulation de l'eau et des solides : à contre-courant (solides circulant en sens inverse de l'eau), à co-courant (eau et solides circulant dans le même sens) ou à courants croisés (solides circulant perpendiculairement à l'eau). La décantation lamellaire est utilisée depuis longtemps en traitement des eaux potables et des eaux usées. Son utilisation pour traiter les RUTP date du début des années 1990. Plusieurs expériences ont montré une efficacité satisfaisante de ces dispositifs, en particulier pour les eaux les plus chargées [51]. Des rendements très élevés (supérieurs à 85 %) peuvent être obtenus avec l’ajout de réactifs permettant, par coagulation-floculation, d’augmenter la taille des particules avant décantation. Selon les constructeurs, des techniques différentes sont utilisées pour améliorer les performances de la décantation, soit par recirculation des boues décantées, soit par ajout de micro-sable. Par rapport aux ouvrages de stockage-décantation simple, les installations requièrent des emprises au sol moindres, mais les coûts de fonctionnement sont plus élevés (réactifs, pompes). Les polymères organiques utilisés pour la floculation, en cas de surdosage, sont suspectés d'être dangereux pour l'environnement. Récemment, un procédé de traitement associant un filtre bande et des réactifs (chlorure ferrique et floculant) a montré une efficacité non seulement sur les MES et les fractions particulaires des métaux et des hydrocarbures, mais aussi pour certains micropolluants dissous (glyphosate et AMPA) [8].

1.1.2.3 Séparateurs hydrodynamiques

Ce type d'appareil [51], comme les décanteurs, utilise la différence de masse volumique entre les particules et l'eau pour effectuer leur séparation. Dans ce cas, on crée, par effet hydrodynamique, une accélération supérieure à celle du champ de pesanteur. 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 plus compacts utilisant l'effet vortex. Ces appareils peuvent être utilisés pour limiter les flux polluants rejetés par les déversoirs d'orage. Différentes études [51] ont montré que les rendements effectifs de ces ouvrages demeuraient assez médiocres. Il semble que les résultats positifs obtenus et souvent cités dans la littérature soient plus associés à une décantation dans les collecteurs amont due à la remontée de la ligne d'eau associée à la forte perte de charge créée par l'ouvrage qu'à l'effet de la séparation hydrodynamique à l'intérieur de l'appareil.

1.1.2.4 Séparateurs préfabriqués à hydrocarbures

Différents constructeurs proposent des séparateurs préfabriqués pour traiter les RUTP au fil de l'eau. Ces appareils, conçus à l'origine selon la norme allemande DIN 1999-100 [27] pour séparer les hydrocarbures légers (densité 0.85) présents à forte concentration en émulsion dans l’eau (concentration de référence de la norme : 4,25 g/L), ont parfois été adaptés pour intercepter les matières décantables des RUTP. Ils sont constitués d'une cloison siphoïde, généralement associée à des modules lamellaires et parfois à des filtres destinés à favoriser les processus de coalescence. Leurs rendements pour traiter les RUTP sont globalement médiocres, voire mauvais. Ceci s’explique pour les deux raisons suivantes :  les concentrations en hydrocarbures dans les RUTP (de l’ordre de 10 à 25 mg/L) sont très faibles par rapport à la concentration de référence de la norme (200 à 500 fois plus faibles) ;  les hydrocarbures des RUTP sont en très grande majorité fixés sur les particules en suspension ce qui enlève toute efficacité aux dispositifs de type cloisons siphoïdes destinés à arrêter les hydrocarbures flottant en surface. Seule la décantation observée dans ces appareils pourrait permettre d’obtenir un certain niveau de traitement, mais à la condition de leur appliquer des critères de dimensionnement et des règles d’exploitation semblables à celles des décanteurs lamellaires mentionnés plus hauts.

1.1.2.5 Ecrans et filtres Les écrans ou filtres à mailles de plus en plus fines constitue une technique de piégeage des matériaux les plus grossiers, susceptible d'éliminer efficacement la pollution visuelle. Leur efficacité pour piéger les particules fines des RUTP et les polluants qu'elles portent, même au moyen de filtres spécifiques, est cependant faible. Des dispositifs de ce type peuvent être installés directement dans les avaloirs pour piéger les polluants à la source [15], à la condition d’en assurer une exploitation et un entretien réguliers.

1.1.2.6 Ouvrages de traitement biologiques passifs

L'utilisation d'ouvrages de traitement biologiques passifs (filtres plantés de roseaux, lagunes, bandes enherbées, biofiltres, etc.) pour le traitement des RUTP constitue probablement une des voies les plus intéressantes. 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) n'est cependant pas toujours 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 (voir le paragraphe 4.4.1) ;  juste avant leur rejet au milieu naturel, que ce soit sur des exutoires pluviaux ou sur des déversoirs d’orage [60].

1.1.2.7 Revêtements poreux et filtration par le sol

Les revêtements poreux (pavés poreux, couche de roulement poreuse de chaussée, etc.) ou le sol sont susceptibles d'assurer une dépollution efficace des eaux de ruissellement. Ces ouvrages sont également plutôt considérés comme des techniques préventives et sont présentés au paragraphe 4.4.1.

1.1.2.8 Devenir des résidus

Toutes les techniques de traitement présentées dans les paragraphes précédents produisent des résidus. Ceux-ci sont plus ou moins pollués selon les technologies. Dans tous les cas ils doivent être gérés. Actuellement la solution la plus courante consiste à les mélanger aux boues des stations d’épuration. Cette solution est acceptable si leur proportion est faible. Dans le cas contraire, elle peut gêner les filières de valorisation, en particulier la plus répandue, c’est-à-dire la valorisation sous forme d’épandages agricoles. En effet les boues issues des filières de traitement des eaux pluviales sont moins organiques que celles des stations d’épuration et surtout elles présentent des taux de contamination plus importants pour différents polluants et en particulier pour les polluants métalliques [75]. D’autres solutions existent, consistant à séparer par hydrocyclonage les particules les plus grossières des particules fines. Les particules grossières sont minérales et inertes ; elles présentent une contamination faible et peuvent être utilisées en remblai ou valorisées dans les matériaux de construction (par exemple pour fabriquer du béton). Les particules fines et les jus de lavage sont quant à eux extrêmement pollués mais les volumes concernés sont très faibles et leur mise en décharge contrôlée est possible (éventuellement comme déchets ultimes).


Une action complémentaire consiste à minimiser les rejets polluants lorsque les déversoirs fonctionnent :  en ne rejetant par le déversoir que des eaux décantées ou traitées, soit après une chambre tranquillisante, soit par effet hydrodynamique, soit en installant les déversoirs d'orage en surverse de bassins de stockage-décantation ou d’autres types d’ouvrage de traitement ;  en piégeant les flottants au moyen de cloisons siphoïdes ; même si cette action paraît anecdotique elle présente cependant un intérêt car la pollution visuelle est très mal vécue par les riverains [32] ;  en éliminant les solides les plus grossiers au moyen de grilles, de filtres ou de tamis, ce qui nécessite une gestion adéquate du colmatage et des risques d'obstruction, ainsi que des modalités de récupération des solides interceptés [32]. Ces actions n'ont cependant pas une efficacité très grande sur les particules les plus fines transportant la majeure partie des polluants particulaires, et encore moins sur les polluants présents en phase dissoute. Elles permettent néanmoins de réduire, voire d’éliminer, la pollution visuelle du milieu aquatique.

1.1.3.3 Diminution des infiltrations d'eaux claires parasites

Les eaux claires parasites d’infiltration contribuent à augmenter les débits et de ce fait à accroître les rejets par temps de pluie. Les eaux parasites les plus préjudiciables de ce point de vue sont les apports pseudo-permanents, correspondant principalement à des intrusions d'eaux provenant de nappes à niveau variable (captage de sources, raccordement de drains, infiltrations diffuses à travers des joints non étanches ou à travers des fissures, etc.). Elles peuvent se maintenir plusieurs jours après un événement pluvieux. Ces apports peuvent jouer un rôle important sur le fonctionnement des réseaux séparatifs eaux usées ou des stations d'épuration par temps sec. En revanche, les réseaux unitaires ou séparatifs pluviaux sont dimensionnés de telle sorte que l’effet des eaux d’infiltration sur les RUTP reste le plus souvent marginal, sauf peut-être lorsque les conditions hydrauliques sont contrôlées par des déversoirs dont les seuils sont très bas. Dans ce cas, une analyse globale du fonctionnement du système d’assainissement est évidemment indispensable.

1.1.3.4 Amélioration des conditions de transport solide dans le réseau

Un gisement important de polluants des RUTP est constitué par les solides déposés en temps sec dans les réseaux d‘assainissement unitaires et susceptibles d’être remis en suspension au cours des événements pluvieux. Ces solides contribuent également à la réduction des sections d’écoulement des collecteurs et donc au fonctionnement plus fréquent et plus précoce des déversoirs d’orage. Plusieurs actions complémentaires sont envisageables :  concevoir et adapter les réseaux pour que les solides puissent être transportés jusqu’à l’aval, vers la station d’épuration ou vers d’autres dispositifs d’interception ou de traitement, sans sédimentation. Il s’agit d’augmenter les contraintes de cisaillement et les capacités de transport solide, de diminuer la rugosité du fond et des parois, d’améliorer les éléments structurels du réseau, etc. ;  lorsque la sédimentation ne peut être évitée, utiliser des dispositifs structurels (pièges à charriage), éventuellement associés à des dispositifs fonctionnels (vannes ou réservoirs de chasse) permettant de forcer le transport par charriage des solides jusqu’au piège ; beaucoup de progrès ont été faits ces dernières années dans la construction de pièges à charriage efficaces [6], mais ces ouvrages nécessitent que les sédiments soient extraits régulièrement ;  dans les collecteurs unitaires amont où une couche organique est susceptible de se déposer lorsque les vitesses et les pentes sont très faibles, augmenter les débits au moyen de vannes ou de réservoirs de chasse pour éviter que cette couche ne soit rapidement érodée pendant les événements pluvieux. Nota : il existe aujourd’hui des vannes basculantes automatiques, éventuellement mobiles. Voir par exemple le site de 3deau (https://www.3deau.fr/produits).

L'efficacité d’un meilleur entretien du réseau ?

Beaucoup d’espoirs sont placés dans un meilleur entretien du réseau. D’après Ashley et al. [4], quelques études, peu nombreuses, en France et en Suisse avaient en effet indiqué des contributions aux flux totaux de MES dus à la remise en suspension par temps de pluie de sédiments et biofilms en réseau unitaire variant de 35 à 55 % selon les sites et les événements pluvieux. Ces estimations restent toutefois indirectes (bilans de masse calculés pour des campagnes de mesure, modélisations) : les valeurs indiquées ne sont pas généralisables à l’ensemble des réseaux et des sites, et varient très significativement d’un événement pluvieux à un autre. Mais elles indiquent clairement i) que les contributions seules des eaux de ruissellement sur les surfaces du bassin versant et des eaux usées ne suffisent pas pour expliquer les charges polluantes observées par temps de pluie et ii) que la remise en suspension des sédiments et l’érosion des biofilms sont des sources significatives des polluants transportés par temps de pluie en réseau unitaire, ce qui a été confirmé depuis par d’autres estimations indirectes sur d’autres sites et réseaux à Lyon [40] et Paris [35].

Ces données restent néanmoins très parcellaires et ne permettent absolument pas d’estimer quelle serait l’efficacité éventuelle des curages de réseau ou des nettoyages des caniveaux pour réduire les charges polluantes par temps de pluie.


Actions préventives

Les actions préventives consistent à développer des stratégies qui limitent les flux polluants mobilisables par temps de pluie. Ces stratégies sont globalement fondées sur deux principes :  réduire les émissions de polluants à la source ;  réduire, voire éviter, le ruissellement de manière à agir sur les flux polluants entraînés par temps de pluie ;

Réduire les émissions à la source

La façon la plus radicale d’éviter de polluer les milieux aquatiques consiste à limiter les apports de polluants à la source. Cependant, ces actions sont difficiles à mettre en œuvre car elles ne dépendent pas directement des gestionnaires de l’assainissement. Elles réclament des décisions locales, parfois même nationales ou supranationales, et une adhésion et un soutien des populations. L’exemple le plus spectaculaire est celui de l’interdiction du plomb dans l’essence qui a permis de diminuer considérablement les concentrations de ce polluant dans les eaux de ruissellement (diminution par un facteur 10). On peut espérer que les mesures d’interdiction de l’utilisation des pesticides en ville auront un effet similaire sur plusieurs micropolluants organiques particulièrement dangereux. D’autres mesures comme l'édification d'aires de lavage avec récupération des effluents peuvent aussi contribuer à lutter contre la pollution due aux hydrocarbures et aux détergents. Modifier les matériaux, revêtements et produits utilisés en milieu urbain constitue une piste d’amélioration à suivre pour réduire les relargages par temps de pluie de métaux, de biocides et de nombreux micropolluants. Cependant on conçoit bien que ces mesures relèvent plus d’une gestion globale, cohérente et durable de la ville que d’une gestion particulière de l’assainissement. Elles remettent également en cause des pratiques et des comportements individuels et sociaux, ce qui ne facilite pas leur mise en œuvre effective à court terme. Les opérations à promouvoir pour cette meilleure gestion, et dont certaines sont déjà mises en application par certaines villes, sont nombreuses :  modifier les pratiques locales de nettoyage des rues (fréquence accrue du nettoyage, combinaison balayage + 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.) ;  améliorer la conception des véhicules de manière à diminuer les émissions de polluants par exemple en promouvant les véhicules électriques ou hybrides ;  etc.. Des progrès importants dans la mise en œuvre de beaucoup de ces mesures ont été faits et continuent à l’être, dans le but principal de lutter contre la pollution atmosphérique. Celle-ci, au-delà d’être une source non négligeable de polluants pour les RUTP (voir le paragraphe 3.1) constitue en effet en elle-même une menace sérieuse pour la santé humaine. Les mesures visant à limiter la pollution atmosphérique sont donc doublement bénéfiques pour la collectivité.

Réduire le ruissellement de manière à agir sur les flux polluants entraînés par temps de pluie

Une deuxième façon d’agir préventivement consiste à réduire le ruissellement en ayant recours à des techniques visant :  à limiter les surfaces de collecte des eaux (zones imperméables), leur lessivage par temps de pluie ou à en compenser les effets ;  à piéger les polluants dans des emplacements spécifiques pour les traiter ultérieurement. Les solutions les plus intéressantes de ce point de vue sont les techniques alternatives fondées sur deux principes : le stockage de l'eau et/ou son infiltration [78]. Dans les deux cas, les ouvrages doivent être implantés le plus en amont possible, au plus près de la formation du ruissellement sur les surfaces urbaines (gestion à la parcelle ou à l’échelle d’un bâtiment, d’une ZAC ou d’un lotissement). Parmi ces techniques, on peut citer par exemple les toits stockants ou mieux végétalisés, les citernes, qui peuvent en outre permettre la réutilisation des eaux de pluie, les chaussées à structure réservoir, les noues, les puits, les tranchées, les massifs ou les bassins secs ou en eau. Les solutions techniques de ce type présentent cinq intérêts majeurs vis à vis de la limitation des RUTP :  en infiltrant une partie (voire la totalité) de l'eau, elles diminuent le volume total introduit dans le réseau, donc le volume rejeté ; ces mesures contribuent donc également à limiter les risques de débordement des réseaux.  en ralentissant l'écoulement et en stockant provisoirement l’eau, elles offrent la possibilité d'une décantation et d'une filtration efficace des effluents, ce qui permet le piégeage d'une partie importante des polluants particulaires. Une chaussée à structure réservoir, par exemple, présente des valeurs moyennes d’abattement événementiel de l’ordre 50 à 70 % pour les MES, de 50 à 90 % pour la DCO et de 80 à 90 % pour le plomb.  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 les 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. En revanche, si la surface active est grande par rapport à la surface d'infiltration (rapport supérieur à 5), il est nécessaire d'entretenir l'ouvrage pour éviter une contamination trop importante du sol en surface et de remplacer des matériaux de surface) [81], [84].  pour les pluies de faibles hauteurs précipitées, les plus fréquentes, les techniques à la source et notamment les dispositifs végétalisés absorbent une grande fraction du volume produit. Les volumes d’eau rejetés étant plus faibles, les masses de polluants associées le sont aussi, limitant ainsi les masses rejetées.  enfin, en rendant l’eau visible et en favorisant le caractère plurifonctionnel des ouvrages, un dysfonctionnement sera plus vite détecté, notamment par les usagers. Par exemple, si un bassin d'infiltration sec servant de terrain de football, apparaît sale, le problème sera très vite signalé alors que les mêmes polluants dans une conduite enterrée ne seraient même pas décelés. Pour réduire les volumes d’eau ruisselés, on peut également réutiliser les eaux pluviales pour différents usages : arrosage des jardins ou des espaces verts, lavage des voitures, remplissage des chasses d'eau, etc.. Il est également probable que l'augmentation de la fréquence des périodes caniculaires associée au dérèglement climatique rendra l'eau extrêmement précieuse pour lutter contre les ilots de chaleur urbains. L'évaporation d'un litre d'eau est en effet capable d'absorber la quantité de chaleur absorbée par 1 m2 de surface en une journée bien ensoleillée d'été. Le stockage de l'eau pendant les périodes pluvieuses et son évaporation, ou son évapotranspiration en la mettant à la disposition de la végétation, constitue donc une stratégie potentiellement très efficace pour contribuer à la réduction des températures en zone urbaine. La réutilisation des eaux pluviales n'est cependant pas toujours compatible avec la lutte contre les RUTP. En effet, pour limiter efficacement les rejets, il est nécessaire de disposer du maximum de volume de stockage possible au début de l'évènement pluvieux ce qui implique de convaincre les détenteurs des réserves de s'en séparer avant... Ceci dit, l’eau est une ressource précieuse et il paraît peu pertinent de collecter les eaux de pluie dans un réseau, de les polluer au passage et de les rejeter dans les milieux aquatiques, même après les avoir traitées, alors qu'il serait possible de les utiliser efficacement en ville.

Bibliographie : [* BIPE (2015) : Les services publics d’eau et d’assainissement en France ; données économiques, sociales et environnementales ; 6ème édition ; octobre 2015 ; 108 pp.

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