Gestion des eaux pluviales : l'ouvrage de stockage et de traitement des eaux pluviales du SIDARVAL

Le Syndicat Intercommunal d’Assainissement de l’Agglomération Lédonienne (SIDARVAL) a lancé à l’automne 2002 un appel d’offres pour la construction d’un ouvrage de stockage et de traitement des effluents urbains collectés sur l’agglomération de Lons-le-Saunier (Jura). Le président du SIDARVAL a attribué par lots cette réalisation de plus de 3 millions d’euros d’investissements aux entreprises suivantes : Spie-Citra, Jura TP pour les canalisations, Solétanche-Bachy et Caniotti respectivement pour les fondations spéciales et le génie civil et enfin L’Eau Pure et Hydroconcept pour le traitement de l’eau.

Le projet consiste à traiter les effluents unitaires en pointe à 1,2 m³/s au sein d’un ouvrage circulaire (30 m de diamètre) fermé et enterré (8 mètres de profondeur) comprenant un étage de décantation lamellaire mobile et un dispositif de nettoyage automatique du radier du bassin par flots de chasse. La maîtrise d’œuvre du chantier est assurée par la société Sogreah pour la durée de la réalisation, soit environ 12 mois.

Le présent article décrit brièvement les technologies mises en œuvre pour réaliser un abattement significatif de la pollution collectée et le savoir-faire dans le montage et l’automatisation d’équipements électromécaniques (pompage, dégrillage, instrumentation, vannes, désodorisation...) développé par Hydroconcept et L’Eau Pure.

La pollution apportée lors d’épisodes pluvieux par les rejets des collecteurs pluviaux ou les surverses des déversoirs d’orage placés sur les réseaux unitaires, est aujourd'hui bien connue (1).

Les rejets urbains par temps de pluie constituent des volumes d'eau et des sources de pollution considérables comparés aux rejets par temps sec. C’est pourquoi la loi sur l'eau n° 92-3 du 3 janvier 1992 et ses décrets d’application imposent une prise en compte accrue de ces rejets. Les études entreprises à ce jour démontrent que cette pollution est fixée en grande partie sur des matières solides en suspension (M.E.S.) qui décantent généralement assez bien (2). L’obtention d'un abattement significatif de la pollution implique néanmoins le piégeage de particules solides dont le diamètre est très faible : inférieur à 100 μm, voire inférieur à 50 μm.

Intercepter la pollution

Le traitement de la pollution pluviale urbaine implique donc prioritairement l'interception des M.E.S. Ce piégeage peut être obtenu après un temps de stockage suffisamment long dans un ouvrage de retenue, ou bien par simple décantation au fil de l'eau. Les rejets pluviaux peuvent donc être traités dans des ouvrages de retenue, ou bien au fil de l'eau dans des ouvrages de traitement plus compacts comme les décanteurs lamellaires, ou bien encore par une combinaison des deux, comme c’est le cas ici pour le décanteur du SIDARVAL.

Afin de préserver le milieu naturel, le maître d'ouvrage doit prendre en considération l’efficacité d’interception des matières polluantes, mais également l'efficacité du traitement proprement dit (3).

L’efficacité d’interception correspond au pourcentage de matières polluantes qui traverseront l’ouvrage de traitement rapportée à la masse totale de pollution qui était antérieurement rejetée par les déversoirs d’orage vers la rivière la Valliére. Cette efficacité pouvant être exprimée par épisodes pluvieux ou bien pendant une période donnée, comme par exemple un an.

L’efficacité du traitement correspond à l’abattement sur la charge entrante en matière polluante. L’efficacité du traitement dépend des caractéristiques techniques du décanteur : surface de décantation mise en œuvre, distance entre les lames, inclinaison des lames, etc.

Contraintes hydrauliques

Mais l'efficacité du traitement dépend surtout de considérations hydrauliques telles que la répartition équitable des effluents sur toute la surface de décantation et l'obtention d'un régime d’écoulement laminaire entre les lames. En effet, l'hypothèse d’équirépartition est supposée vérifiée lors du calcul de la structure lamellaire. Quant au régime d'écoulement, s'il n’est pas établi, les turbu-

lences viendront contrarier la décantation, voire remettre en suspension les matières déposées sur les lames.

Traitement de la pollution

Le piégeage des matières polluantes plus denses que l'eau est obtenu par une sépara- tion gravimétrique entre lames disposées inclinées par rapport au plan horizontal. L'emploi de lames permet de découper le volume de l’ouvrage en petits volumes élé- mentaires, afin de réduire la trajectoire hori- zontale qu'une particule doit parcourir avant d'être retenue dans le système.

Plus l'espace entre lames est réduit, plus on piège de particules, et de ce fait, plus on retient de matières polluantes à la surface des lames. On comprend aisément qu’un bon décanteur est un décanteur dans lequel on doit pouvoir nettoyer toute la surface des lames, et curer régulièrement les boues. Ce qui implique de prendre en compte dès l’ori- gine du projet les contraintes d’exploitation.

Structure à contre courant

Dans le cas du décanteur mis en œuvre pour le SIDARVAL, l’alimentation de la structure lamellaire se fait par le dessous. La circula- tion de l'eau à travers la structure lamellaire s’effectue depuis le bas vers le haut. Le déplacement des matières polluantes s’ef- fectue en sens inverse sous l’effet de leur poids (poids > poussée d’Archimède) pour les matières plus denses que l'eau. Ou bien dans le même sens, pour les matières moins

denses que l'eau sous l’effet de la poussée d’Archimède (poids < poussée d’Archi- mède). Ce type de décantation est appelée décantation lamellaire à contre courant ou à flux vertical.

L'ouvrage décanteur du SIDARVAL com- prend 5 couloirs de décantation. Dans cha- cun des couloirs, une structure lamellaire de 134 lames de 2,30 m de hauteur par 3,36 m de largeur a été installée. Les lamelles sont constituées de plaques en PVC ondulé, fixées sur un cadre en acier inox. La surface de décantation offerte par chaque structure lamellaire est de 1356 m², soit 6780 m² pour l'ensemble de l’ouvrage.

La vitesse de sédimentation, limite au-des- sous de laquelle les matières polluantes res-

sortent de la structure, est donc très faible ; de l’ordre de 0,85 m/h. Cependant, le cahier des charges prévoit prudemment de neutra- liser 12 % de la surface de décantation, afin de prendre en compte une hauteur de lame nécessaire à l’établissement d’un régime d’écoulement laminaire. La surface de décantation active doit donc être ramenée à 5966 m², ce qui correspond à une vitesse limite de sédimentation de 0,97 m/h. L’abattement sur la charge en MES escomp- tée dans le cahier des charges est de 80 %. Les préleveurs installés dans le canal d’en- trée et dans la goulotte d’évacuation des eaux claires après traitement, ainsi que les sondes de mesures hauteur-vitesse, permet- tront d’établir un bilan et de connaître préci- sément les performances de l'ouvrage.

La structure mobile M.E.S.I.

La particularité des cinq structures lamel- laires qui ont été installées dans l’ouvrage du SIDARVAL, réside dans le fait que ses lames sont dans une position verticale quand l’ou- vrage est vide, et qu’elles viennent s'incliner jusqu’à l'angle voulu, ici 45°, lorsque l’ou- vrage se remplit d’eau. Pourquoi un tel dis- positif ? En premier lieu, parce que l’espace libre entre les lames est plus grand en posi- tion verticale (11 cm) qu’en position inclinée (7,8 cm). Par conséquent, il est plus facile de diriger un jet d’eau sous pression pour net- toyer la surface des lames. De plus, l’ou- vrage étant vidé après chaque pluie, les dépôts dont l’aspect est semblable à celui d'une boue liquide, glissent plus facilement au fond de l’ouvrage lorsque les lames sont en position verticales.

Pour cela, les cadres des lames sont munis d'axes de pivotement. Les axes sont engagés dans des orifices régulièrement espacés et qui ont été percés dans des rails support. La commande d'inclinaison des lames est assurée par l'emploi de flotteurs. Des fers de liaisons relient l'ensemble des lames les unes aux autres.

Comme on le voit, cette structure est modulaire. Elle offre un très gros avantage lors de l'approvisionnement et du montage des structures. En effet, l'approvisionnement des 25 tonnes de pièces que composent les cinq structures n'est possible qu’avec le concours actif de l'emprise de génie civil. La phase d’approvisionnement doit être parfaitement planifiée afin de ne pas ralentir l'avancement des travaux. Les contraintes de l’entreprise de génie civil (coffrages, étais, échafaudages, etc.) réduisent l’emprise déjà restreinte qui est disponible dans l'ouvrage. Il est donc beaucoup plus simple de manutentionner et de stocker des lames rangées à plat sur des palettes plutôt qu'une structure partiellement assemblée.

De plus, le déplacement des lames sur leurs rails support permet, si nécessaire, de dégager un espace de travail pour enlever et remplacer des lames qui pourraient être endommagées au cours du temps.

Exploitation

Le nettoyage des lames est effectué à l'aide d'un jet d’eau sous pression. Deux nacelles mobiles, suspendues par des chariots à des rails de roulement, permettent de couvrir la totalité de la surface du décanteur pour le nettoyage des lames.

Les dépôts chutent sur le radier qui est aménagé en 5 canaux. À l'amont de chacun des canaux est disposé un réservoir d’eau de rinçage muni d'une trappe de chasse. Après chaque vidange, et à l'issue des opérations de nettoyage, les trappes de chasse s'ouvrent successivement. Des flots de chasse puissants entraînent les dépôts jusqu’à la fosse de collecte et de pompage des eaux chargées.

La mise en œuvre des équipements électromécaniques

Le chantier du SIDARVAL comprenait plusieurs difficultés : un ouvrage à réaliser dans des délais courts, un travail de montage en milieu confiné et des équipements lourds à manœuvrer. Pour réussir à relever ces challenges, L'Eau Pure, PME jurassienne indépendante, a dû mettre en place une organisation interne adaptée au chantier et une logistique poussée en liaison avec ses fournisseurs et sous-traitants.

Un ouvrage à réaliser dans des délais très courts

Les délais de réalisation étaient effectivement courts, en particulier ceux concernant le lot équipements électromécaniques (4 mois et demi) intervenant en fin de chantier après une phase de terrassement et de construction relativement longue (6 à 7 mois).

Pour ce faire, L'Eau Pure a mis en place deux équipes en parallèle, comprenant d’une part des spécialistes de l’électricité pour la pose des armoires et du câblage des ouvrages et, de l'autre, une équipe de tuyauteurs/monteurs en charge du montage des principaux équipements. Leur préparation en atelier (soudure des pièces métalliques et précâblage des armoires) ainsi que des interventions des deux équipes planifiées chaque semaine ont permis de réduire le temps d'installation du matériel dans son ensemble.

Un espace confiné

Installer dans un bassin circulaire de 30 mètres de diamètre et de 8 mètres de profondeur, une batterie de pompes (7 principales), 2 dégrilleurs, un système de désodorisation, une série de vannes et de capteurs de mesure (débit, niveau, détecteurs de gaz...) et 4 armoires électriques pour piloter le tout sur trois niveaux différents, demande de la rigueur dans l'organisation du chantier. L'ouvrage a été en effet pratiquement fermé dès le montage des équipements pour des raisons de sécurité. Il a alors fallu placer les

équipements lourds (5 unités de pompage d'eaux brutes de 300 l/s d'une tonne chacune) dans leur emplacement grâce à un monte-charge intégré à l’ouvrage et réserver un passage suffisant au sein des galeries de service. De même, dans la fosse d’arrivée d'eaux brutes, les pompes devaient pouvoir être relevées en permanence sans effort humain. Par ailleurs, pour tenir le planning imposé par le SIDARVAL, l'Eau Pure a dû mettre en place un programme de coordination de ses fournisseurs et de ses sous-traitants. Par exemple, s’assurer que l’ensemble des équipements de sécurité (garde-corps, trappes d'accès, échelles...) étaient posés dès le début du montage du matériel pour éviter tout aléa dans la pose des équipements ; vérifier également que les liaisons hydrauliques (tuyauteries inox ou canalisation béton de 200 à 800 mm de diamètre) étaient prêtes avant les premiers essais en eau ; s’assurer enfin que le câblage électrique et la mise en place des armoires de puissance étaient effectives avant les essais mécaniques des équipements tournants. L'Eau Pure a ainsi confié la programmation et la réalisation des 4 armoires de puissance et de contrôle à Fluides & Automation, spécialiste de l’automatisme appliqué à l’hydraulique.

Conclusion

En définitive, deux PME comme Hydroconcept et l’Eau Pure, avec une dizaine de techniciens au total, ont réussi en moins de 4 mois à monter l'ensemble de leurs équipements : unités lamellaires, chasse d'eau, passerelles d’inspection pour Hydroconcept ; pompage eau brute, pré-traitement mécanique, pompage eau traitée et boues collectées, instrumentation, équipements de sécurité et de levage, électricité et automatisme, système de désodorisation pour l’Eau Pure. Ces deux entreprises ont respecté, à moindre coût, les objectifs de qualité imposés par le cahier des charges :

• - fourniture d’acier inox ou d’aluminium pour l’ensemble des pièces métalliques et tuyauteries présentes dans l’ouvrage (en raison de la présence potentielle de gaz corrosif comme le H₂S) ;
• - une bonne ventilation des locaux et un traitement des gaz fiable, par voie biologique (désodorisation par charbon actif) ;
• - un niveau de sécurité élevé programmé pour les opérateurs, obtenu grâce à une automatisation poussée du fonctionnement des ouvrages et une faible intervention des équipes de maintenance dans cet ouvrage confiné.

Références bibliographiques

Saget A., 1994. Base de données sur la qualité des rejets urbains par temps de pluie. Distribution de la pollution rejetée. Dimension des ouvrages d'interception. Thèse de doctorat de l'École Nationale des Ponts et Chaussées.

Chebbo G., 1992. Solides des rejets urbains par temps de pluie : caractérisation et traitabilité. Thèse de doctorat de l'École Nationale des Ponts et Chaussées.

Bertrand-Krajewski J.-L., El Jawhari A., Chebbo G., 2000. Dimensionnement des ouvrages de traitement des rejets urbains de temps de pluie. Rapport de recherche pour l’Agence de l’Eau Seine-Normandie, n° 9997044.