Dépollution des eaux pluviales du Collecteur ZOH à Grigny en Essonne

Les critères de rejet imposés par la police de l’eau dans ce milieu fermé particulièrement sensible ont imposé la mise en œuvre de techniques complémentaires (tamisage fin à 3 mm de la totalité des effluents via trois tambours rotatifs, traitement par séparation lamellaire tant en décantation qu’en flottation) avec une conception particulière visant à ne pas générer de déchets sur le site. Ces équipements permettront d’atteindre des performances relativement importantes (rendement annuel en MES : 80 % et teneur résiduelle en hydrocarbures : 5 mg/l). L’ouvrage sera mis en service en décembre 2003. Le complexe représente un volume de stockage d’environ 6 000 m³ qui participe à la rétention de la pollution, laquelle est concentrée en fin d’événement, après décantation, dans un faible volume de boues (500 m³) qui sont évacuées vers la station d’épuration pour traitement complet.

Les étangs de Viry-Châtillon et de Grigny représentent le plus grand ensemble de plans d’eaux de la région parisienne. Ces bassins, constitués par d’anciennes gravières, sont en communication directe avec la Seine et sa nappe alluviale.

Un milieu naturel d’intérêt régional fortement pollué

Leur superficie de 98 ha et leur situation en zone urbanisée en font un espace sur lequel reposent des intérêts touristiques, sportifs, économiques et sociaux. Toutefois, les écosystèmes qui composent ces lacs souffrent depuis une vingtaine d’années d’une profonde perturbation qui se traduit notamment par des phénomènes de proliférations d’algues microscopiques et par le dégagement occasionnel d’odeurs nauséabondes. Les causes de ces dégradations biologiques sont multiples et répondent à une situation locale de mécanismes complexes. L’étang de l’Arbalète formant l’ultime exutoire du bassin versant drainé par le collecteur.

Montant des travaux : 6,3 M€ HT

Durée des travaux : 14 mois

FINANCEMENT

Syndicat : 2,66 M€

Agence de l’eau : 2,13 M€

Département : 1,23 M€

Région : 0,3 M€

Maîtrise d’œuvre : BEREST Colmar

Entreprises : SOGEA Construction / SOBEA Environnement

Le collecteur du ZOH (Zone Opération d'Habitat) fait l'objet de telles dégradations. Ce collecteur, construit dans les années 70 par le Syndicat mixte de la Vallée de l'Orge Aval, permet la collecte des eaux pluviales sur un bassin versant de 430 ha répartis sur les communes de Sainte-Geneviève-des-Bois, Fleury-Mérogis, Grigny et Ris-Orangis. Ce bassin versant est fortement urbanisé, avec notamment la zone du plateau constituée par les grands ensembles collectifs de la Grande Borne et de Grigny 2, ainsi que de la ZAC des radars et d'une zone de coteau composée d'un tissu pavillonnaire dense.

Ce collecteur d'une longueur de 4 800 m, composé d'une partie en galerie de 1,70 m par 1,95 m sur le plateau et d'un collecteur de diamètre 1 500 mm sur le coteau, représente 75 % des apports annuels de matières en suspension arrivant aux étangs par temps de pluie. Ce collecteur est donc la principale source de pollution de ce milieu naturel. Outre les études sur l’apport des eaux pluviales par l'ensemble des exutoires situés autour des étangs, ces plans d'eau ont fait l'objet de plusieurs études réalisées par le Conseil Général de l'Essonne à partir de 1993. Les principales conclusions de ces études ont été les suivantes :

• des berges abruptes et artificialisées ne permettant pas le développement d'une végétation aquatique et rivulaire ;
• un peuplement piscicole artificialisé et déséquilibré ;
• une richesse ornithologique du secteur concernant surtout la zone sauvage où 87 espèces d'oiseaux ont été recensées.

Une partie des étangs de la plaine basse (lieu de rejet futur de l'ouvrage de dépollution du ZOH) est classée en ZNIEFF (zone d'intérêt écologique faunistique et floristique) de type 1 pour son intérêt faunistique. Par ailleurs, l'ensemble de la zone des étangs est classé en espace naturel sensible par le Conseil Général de l'Essonne sur la base de sa richesse naturelle et de son intérêt vis-à-vis du cadre de vie.

Ces études écologiques et ces diagnostics d'assainissement ont donc permis de réaliser au début des années 90 un état de référence du milieu naturel des étangs de Viry-Grigny, et ont montré en particulier l'urgence d'intervenir sur le principal apport de pollution : le collecteur dit du ZOH appartenant au SIVOA, et ont permis de confirmer l'intérêt écologique potentiel de ce site.

Une mobilisation importante des riverains et des collectivités territoriales depuis 1992

Suite à la mobilisation importante des riverains et à la demande expresse du maire de Grigny, une prise de conscience collective a permis de lancer plusieurs études sur ces plans d'eau. Un Syndicat Intercommunal à Vocation Unique groupant les communes de Viry-Châtillon et Grigny s'est constitué et a permis, avec l'aide du Conseil Général de l'Essonne, de réaliser un bilan écologique du milieu dans les années 1993 (cf détail ci-dessus).

Parallèlement, le SIVOA a missionné le bureau d'études BEREST pour la réalisation des études pour la dépollution des eaux pluviales provenant du collecteur du ZOH. De multiples réunions de concertation en présence :

• des communes concernées : Viry-Châtillon, Grigny, Ris-Orangis et Sainte-Geneviève-des-Bois,
• des partenaires financiers : l'Agence de l'Eau Seine-Normandie, la Région Île-de-France, le Conseil Général de l'Essonne,
• de la Police de l'eau (Service de la Navigation de la Seine),
• des associations de protection de l'environnement locales,

ont permis d'aboutir à un site d'implantation de l'ouvrage de dépollution, à un nouveau lieu de rejet de l'exutoire du ZOH et enfin

Un concept de dépollution par décantation lamellaire des effluents.

Après accord de l'ensemble des parties intéressées et signature de l'arrêté d'autorisation Loi sur l'eau pour modification d'un rejet d'eaux pluviales dans les eaux superficielles pour une superficie totale desservie supérieure à 20 ha, un appel d'offres sur performance a pu être lancé en 1998. Les entreprises SOGEA Construction et SOBEA Environnement ont été retenues à l'issue de cet appel d'offres sur performances pour un montant de travaux de 6,3 M€ HT, financés à hauteur de 2,66 M€ par le Syndicat, 2,13 M€ par l'Agence de l'Eau Seine-Normandie, 1,23 M€ par le département de l'Essonne et 0,3 M€ par la Région Île-de-France.

Les objectifs de l'ouvrage de dépollution du ZOH

Le projet de l'ouvrage de dépollution du ZOH devait répondre à quatre objectifs :

Améliorer la qualité des eaux du lac de l'Arbalète et plus généralement des étangs de Viry-Grigny en diminuant les apports polluants du collecteur du ZOH. Des études hydrologiques et qualitatives menées sur les étangs et sur le rejet du ZOH ont montré l'importante part de responsabilité du ZOH dans ces pollutions. Cependant, si le ZOH apporte aux étangs une quantité importante de matières polluantes, il est à noter que la quantité d'eau qu'il amène aux étangs favorise le renouvellement des eaux. Le rejet direct des eaux pluviales en Seine n'a donc pas été étudié afin de favoriser le renouvellement des eaux des étangs. Néanmoins, le collecteur du ZOH apporte un flux annuel de MES d'environ 330 tonnes par an qui représentent 75 % des apports polluants totaux en temps de pluie. Les pourcentages de la pollution fixée sur des particules en suspension par rapport à la pollution totale sont supérieurs à 70 % en ce qui concerne les paramètres DCO, DBO, NTK, hydrocarbures et plomb.

Par ailleurs, environ 80 % de ces particules sont facilement décantables avec des vitesses de chute entre 1 m/h et 3 m/h. Il a donc été conclu que le traitement par décantation lamellaire d'une grande partie des MES permettrait de diminuer fortement les apports polluants, tout en maintenant le renouvellement de l'eau des étangs. Cette vitesse de 1 m/h a donc été retenue pour référence de performance de l'ouvrage de dépollution à réaliser.

Améliorer les conditions d'écoulement des eaux dans le ZOH afin d'éviter les inondations en amont du rejet.

Les inondations générées par le ZOH sont dues à l'insuffisance de capacité hydraulique de la canalisation actuelle en amont immédiat du rejet. En effet, le passage sous la voie SNCF du RER D, juste en amont de l'exutoire, est constitué d'un collecteur de diamètre 1 000 mm au lieu du diamètre de 1 500 mm existant en amont. La capacité hydraulique est également réduite par le coude à angle droit que fait la canalisation en amont du remblai SNCF. La création d'une nouvelle canalisation en diamètre 2 200 mm liée au déplacement du rejet et à la réalisation d'un nouveau fonçage sous les voies SNCF permettra de remédier à cet état de fait et de permettre le libre écoulement des eaux.

Résoudre les problèmes fonciers liés aux rejets du ZOH.

Le rejet du ZOH s'effectue actuellement dans le lac de l'Arbalète qui appartient à un propriétaire privé. Afin de s'affranchir des difficultés liées au rejet en domaine privé, le rejet a été déplacé afin d'aboutir dans un terrain public.

Réaliser une étude paysagère permettant l’intégration de l’ouvrage dans le paysage avec l’aide d’un comité de suivi composé d’élus et de riverains. Des réunions régulières du comité de suivi…

avant et pendant les travaux et la réalisation d'une étude paysagère par le service paysage du Sivoa ont permis de réaliser une intégration complète de l’ouvrage dans son environnement. Le parti d’aménagement a été :

• - de camoufler l'ouvrage dans le talus végétalisé existant à forte pente en recréant une zone de plantation dense,
• - de marquer la limite parcellaire du bassin en créant une clôture basse et un alignement de platanes en façade,
• - de créer un cheminement dans le cadre de la politique de liaisons douces de la commune de Ris Orangis,
• - de compenser l’imperméabilisation de la plate-forme du bassin par la création de noues et d'un bassin sec.

L'ensemble de ces objectifs a fait l'objet du cahier des charges de l'appel d'offres sur performances réalisé en maîtrise d'œuvre par le cabinet BEREST pour la partie ouvrage de dépollution et par le BET paysage du Sivoa pour la partie aménagement paysagé.

Concept général

Le concept général repose à la fois sur un effet piège et sur un effet de traitement au fil de l'eau, avec évacuation automatique des boues et surnageant vers la station d’épuration.

Effet piège

L'effet piège est relatif au remplissage de la capacité de stockage de l'ouvrage, soit environ 6000 m³ lors d’événements pluvieux de faible importance (donc de fréquence élevée). Pour nombre de ces épisodes pluvieux, il n’y aura pas ou peu de déversement. Dans ce cas, il est prévu de laisser reposer ces effluents stockés pendant deux heures, pour ensuite effectuer une vidange partielle vers le milieu récepteur de la tranche d'eau intermédiaire (pauvre en flottant et en matières décantables). Le surnageant et les boues sont extraits en fin de vidange et refoulés vers le réseau d’assainissement « eaux usées » pour traitement complet en station d’épuration.

Effet Transit

L'effet transit consiste, une fois les ouvrages remplis, à opérer un traitement multiple :

• - récupération des sables et autres éléments lourds ainsi que des flottants solides dans un ouvrage de prétraitement à concurrence du débit décennal arrivant sur l’ouvrage soit 12 m³/s,
• - tamisage fin des effluents par un dispositif de tamis rotatifs à fentes oblongues de 3×25 mm, également pour le débit décennal (12 m³/s),
• - traitement par décantation-flottation lamellaire de la pluie trimestrielle (soit 2,2 m³/s).

Particularités

Une des particularités du site a été la présence d’eaux claires parasites dans le collecteur eaux pluviales. Ceci a conduit à l'aménagement d'un by-pass géré par automate. Ce by-pass doit obligatoirement se fermer en cas de détection d’hydrocarbure dans ces ECP qui constituent le seul effluent de temps sec. Après fermeture, les ouvrages se remplissent afin de permettre le confinement de cette pollution.

Bases de dimensionnement

Les performances attendues de l’ouvrage répondent aux exigences de l’arrêté d’autorisation au titre de la loi sur l'eau, délivré par la préfecture de l’Essonne. Ainsi, l’ouvrage de décantation lamellaire a été conçu pour :

• - un rendement annuel en matières en suspension de 80 % à 2,2 m³/s,
• - un rendement événementiel en matières en suspension de 60 % à 2,2 m³/s,
• - une concentration résiduelle en hydrocarbures flottants de 5 mg/l à ce même débit.

À ces objectifs, s'ajoute la prise en compte d'un déversement accidentel d’hydrocarbures dans le réseau, par temps sec, en prévoyant un stockage de flottant dans l’ouvrage de traitement de 50 m³.

Malgré une connaissance encore largement perfectible des eaux de pluies et la difficulté de transposer les résultats obtenus d'un site sur un autre site, ces objectifs ont dû être traduits en termes de dimensionnement, avec les inévitables incertitudes qui en découlent. En particulier :

BEREST

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• - des simulations longue durée ont été effectuées pour appréhender l’efficacité de la fonction piège et vérifier la validité des volumes retenus ;
• - la vitesse de sédimentation retenue pour les matières en suspension décantables est de 1 m/h. Ce paramètre est particulièrement dimensionnant pour l’étage de décantation lamellaire.

Détail de la filière

Regard d’arrivée

Les effluents à leur arrivée dans le complexe font l'objet :

• - d'une surveillance par détecteur d’hydrocarbures,
• - d'une mesure en continu de la turbidité afin de suivre en continu l’évolution de la pollution particulaire,
• - d'une mesure de débit permettant de déterminer les flux hydrauliques et après intégrations des résultats d’analyse les flux polluants générés sur le bassin versant.

Le détecteur d’hydrocarbures commande la fermeture de l’évacuation des eaux claires parasites en cas de pollution par des hydrocarbures dès que leur teneur atteint 100 mg/l au moins. Les eaux parasites sont alors stockées dans les ouvrages de prétraitement, puis, s'il y a lieu, dans les ouvrages de traitement.

Prétraitements

Le prétraitement est constitué de trois files rectangulaires de 5 m de large et de 22 m de long parfaitement symétriques permettant :

• - la rétention des corps solides volumineux au moyen d'une fosse à bâtard,
• - une tranquilisation des effluents à l’approche du tamis,
• - une décantation grossière (200 m/h),
• - une rétention des flottants encombrants,
• - un tamisage fin par tamis rotatifs d’environ 2 m de diamètre et 5 m de long chacun (1 par file), muni d'une brosse rotative nettoyant en permanence le tamis en rejetant en arrière les refus. Ces derniers seront dirigés vers le réseau d’assainissement en fin d'événement pluvieux.
• - Une vidange partielle, après décantation de 2 heures en fin d'événement, vers l’étage lamellaire pour traitement complémentaire avant rejet au milieu récepteur. Pour pallier le risque de colmatage des lamelles, cette vidange se fait au moyen d'une crépine autonettoyante (maille de 5 mm).

En fin d’événements, après la vidange totale de l'ouvrage, un dispositif de rinçage automatique par augets basculants permet l’évacuation de la totalité des sédiments accumulés dans cet ouvrage.

Les surnageants et les boues sont refoulés vers le réseau d’assainissement.

Traitement

Le traitement comprend quatre décanteurs lamellaires, alimentés chacun par une pompe en tube d’un débit unitaire de 550 l/s. Cet ouvrage a nécessité la mise en œuvre de 22,000 plaques de décantation lamellaire en polystyrène choc, de hauteur d’onde 45 mm, soit des nids d’abeilles de 90 mm d’ouverture libre. Les plaques sont assemblées en blocs inclinés à 55°. Les déversoirs de traitement sont réalisés au moyen de tubes PVC noyés à orifices calibrés, de manière à ménager au-dessus des orifices un volume de stockage de flottants d’au moins 50 m³. En fin d'événement, après décantation de 2 heures :

• - une vidange partielle du surnageant est déclenchée, surveillée par un capteur de turbidité afin de s’assurer d'une séparation correcte des phases.

Cette vidange partielle rejette vers le milieu récepteur.

• - Un dispositif de rinçage par augets basculants est installé pour chacune des files (deux augets/bassin).
• - La vidange totale des boues et surnageants vers le réseau d'assainissement est alors enclenchée.

Rejet

Le rejet des effluents traités est comptabilisé tant en volume qu’en charge polluante à l'aide d'une mesure en continu, du débit, des MES (sonde de turbidité), des hydrocarbures (analyseur en ligne) et d’autres paramètres par analyses des échantillons prélevés par préleveur automatique.

L'ouvrage au rejet a été réalisé pour limiter au maximum les incidences hydrauliques sur le milieu récepteur. Il s’agit d'un ouvrage béton évasé permettant de passer d’une section de collecteur de 2,20 m à une ouverture de 12,0 m de large, et donc assurant la tranquillisation du rejet dans le lac en limitant en tout point la vitesse au rejet à 0,6 m/s.

Conclusion

Cet ouvrage, par son ampleur, sa conception et ses caractéristiques techniques est une première en France :

• - tamisage en ligne de 12 m³/s sur eaux pluviales non pré-dégrillées,
• - décantation lamellaire à 1 m/h pour un débit de 2,2 m/s,
• - fonctionnement entièrement automatique (pas de présence humaine hors entretien préventif),
• - vidange et nettoyage entièrement automatisés,
• - pas de génération de déchet sur site, traitement complet des boues et surnageants en station d’épuration,
• - décantation lamellaire vide en phase de temps sec.

La mise en service est en cours et l’année 2004 constituera la période d’observation de cet ouvrage afin d’en valider les performances.

Une exploitation scientifique des données de fonctionnement qui seront recueillies permettra d’asseoir les bases de dimensionnement adoptées dans ce projet.