Le filtre planté de roseaux : les filières compactes

e Dr Seidel et le Pr. Kickuth pouvaient-ils imaginer, dans les années 1960, que leurs bricolages allaient enfanter les deux mille stations de la filière « française » en deux étages verticaux successifs¹, les 4000/6000 eh de Nègrepelisse dans le Tarn-et-Garonne ou les 4500 eh de Puysserguier dans l’Hérault, les filières combinant filtres et lagunes, les

¹ Estimation d’Alain Liénard sur les informations collectées par le réseau des SATESE (communication au congrès 10).

² 24000 eh : 4000 eh en première tranche, extensible ensuite à 6000 eh.

Mots clés : FPR - Filtre Planté de Roseaux, Épuration des eaux usées, Nitrification, Dénitrification, Filières-maisons, Filières compactes, Emprise au sol, Performances épuratoires, Recirculation.

Emprises de quelques stations existantes

Emprises de quelques stations de la filière classique

1,2 + 0,8 = 2,0 m²/eh

Emprises de quelques stations de filières compactes

Commune : commune desservie ;

Filière : partie filtration uniquement, hors pré-traitements et traitements complémentaires ;

FPRV1 : Filtre Planté Vertical de type étage 1 (traitement primaire) ;

FPRV2 : Filtre Planté Vertical de type étage 2 (traitement secondaire) ;

FF : fossé filtrant (technique Epur nature) ;

IP : infiltration-percolation ;

LB : lit bactérien et clarificateur (ouvrages existants conservés) ;

S nette : superficie utile des filtres (en m²) ;

S brute : superficie du site dans son ensemble, hors délaissés et traitements tertiaires (en m²) ;

Ratio : S brute tranche 1/capacité tranche 1 (en m²/eh).

Conclusions

Emprise de la filière classique : de l’ordre de 4 m²/eh au-dessus de 1 000 eh.

Emprise des filières compactes : de l’ordre de 2 m²/eh au-dessus de 400 eh, de 6 à 7 m²/eh en dessous de 200 eh.

Abattements de l’azote et du phosphore, les 25 mg/l en DBO, à moins de 300 € HT/eh en réalisation et moins de 10 € /eh en exploitation ? Certainement pas.

En France, le procédé est passé en dix ans, de 2000 à 2010, de 0,05 à 12 % du parc (sur base de 17 000 stations urbaines) soit une croissance supérieure à celle du lagunage dans les années 1970, sans équivalent dans le monde, qui consacre une sorte d’exception française en la matière. Ce succès suscite une recherche active autour des handicaps du procédé et notamment sur la question de l’emprise foncière puisque la filière classique (2 m² de surface filtrante par eh) n’est applicable que sur des sites assez étendus, de l’ordre de 4 à 5 m²/eh, voire davantage si le relief commande des terrassements donc des emprises importantes de talus et de circulations. Par comparaison, une station à boues activées occupe globalement 4 à 25 m²/eh à 500 eh mais 2 m²/eh seulement à 1 000 eh et moins de 1 m²/eh au-dessus de 5 000 eh.

Le filtre planté progresse sur ce terrain de la compacité, et dans plusieurs directions. Nous relayerons les évolutions sur trois fronts : les filières-maisons des constructeurs spécialisés, le renforcement du filtre primaire, la filière en un étage renforcé.

Précisons, pour cerner le sujet, que nous nous intéressons ici au traitement d’eaux usées domestiques sur filtres plantés de roseaux à écoulement vertical, dans le contexte de l’assainissement collectif et de la réglementation française. Ne sont pas concernés : le traitement-déshydratation de boues, les filtres à écoulement horizontal, l’assainissement individuel…

Quelques définitions, en préambule

La surface des filtres ou surface de filtration est la surface totale du ou des massifs filtrants, mesurée généralement en surface du massif filtrant.

L’emprise totale de la station est la superficie délimitée par la clôture et contenant l’ensemble des ouvrages.

Le taux de recirculation est le quotient, exprimé généralement en pourcents, du volume journalier d’effluent traité renvoyé en tête de filtration par le volume journalier d’eaux brutes admises en entrée de station.

Les filières-maisons

La filière dite française (deux étages juxtaposés dimensionnés à 1,2 + 0,8 = 2,0 m²/eh) présente la particularité, parmi d’autres, d’avoir suscité à sa naissance une génération de constructeurs motivés qui se sont maintenus dans cette activité, qui confrontent progressivement leur savoir-faire au travers de programmes de recherche-développement, et qui proposent régulièrement des améliorations du procédé, parfois sous forme de filières compactes garantissant la norme de rejet indicative de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 (DBO₅ < 25 mg/l ; DCO < 125 mg/l ; MES < 35 mg/l). Nous en décrirons quatre¹, brièvement et dans l’ordre alphabétique :

• – le Bi-filtre® d’Epur Nature ;
• – le Bio-filtro® d’Epur Nature ;
• – l’Ecophyltre® de Jean Voisin ;
• – le Rhizostep® de la SAUR.

Pour plus de détails, voir les encadrés et les sites web des constructeurs.

Le Bi-filtre® d’Epur Nature est une variante de la filière classique à deux étages verticaux qui superpose un filtre primaire en partie haute et un filtre secondaire en pouzzolane 0/7 en partie basse. Elle respecte les teneurs plafonds de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007, une teneur NTK < 20 mg/l et donne des rendements minima de 85 % sur DCO, 89 % sur MES, 84 % sur NTK.

Épaisseur du massif filtrant : 1,50 m.

¹ Liste non limitative. On trouve sur le marché de l’assainissement collectif une dizaine de procédés compacts proposés par différents constructeurs. Nous décrivons les plus courants.

Le Bi-filtre®

Principe

Le Bifiltre® d’Epur Nature, c'est le deux-en-un ou le “bigMac” du FPR vertical : deux étages comme dans la filière classique mais superposés. Pour le reste, trois casiers alimentés en alternance, comme d'habitude, et le niveau de rejet de l'annexe 2 de l'arrêté de 2007 (DBO₅ < 25 mg/l, DCO < 125 mg/l et MES < 35 mg/l).

Composition standard, de haut en bas (adaptable aux particularités du projet) :

• - 60 cm de gravier filtrant,
• - 30 cm de couche d’aération,
• - 30 cm de « couche filtrante » – pouzzolane 0/7 en général,
• - 10 cm de gravier filtrant,
• - 20 à 40 cm de couche drainante.

Plus de cinquante réalisations entre 2007 et 2010, dont certaines sont présentées en détail dans la documentation de l'entreprise, consultable sur son site :

Le bi-filtre®

• - Agnières-en-Dévoluy dans les Hautes-Alpes, 80 eh,
• - Molières-sur-Cèze dans le Gard, 600 eh,
• - Prads-Haute-Bléone dans les Alpes-de-Haute-Provence, 80 eh,
• - Villedieu dans le Vaucluse, 900 eh,
• - Barcillonnette dans les Hautes-Alpes, 100 à 270 eh.

Avis extérieur

Avis Cemagref 2010 appuyé sur le suivi de la station d'épuration de Saint-Michel-l’Observatoire dans les Alpes-de-Haute-Provence pendant ses deux premières années de fonctionnement, centré sur le choix des matériaux qui composent le deuxième étage sous-jacent. Trois matériaux ont été mis en place en parallèle : sable, pouzzolane 0/7, pouzzolane 4/7. Station de 175 eh, dimensionnée pour une surface du premier étage de 1,5 m²/eh, proche de sa charge nominale.

Principaux constats :

• - colmatage rapide de la surface du filtre en cas de fortes charges au démarrage (comme sur la filière classique) ;
• - pas de colmatage du deuxième étage avec la pouzzolane (contrairement aux deuxièmes étages composés de sable type fuseau Cemagref, colmatés par les MES en l’absence de roseaux) ;
• - la configuration avec la pouzzolane 0/7 respecte 175 eh.

Recommandations :

• - favoriser l’aération, notamment par ouverture à l'air libre des regards et caillebotis ;
• - prévoir un by-pass de l’étage inférieur via les conduites d’aération intermédiaires ;
• - rotation des filtres tous les 3 à 4 jours.

Conclusion : filière tout à fait envisageable pour l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 et une nitrification partielle (20 mg/l NTK). Pas de problème de colmatage avec un deuxième étage composé de pouzzolane 0/7.

Regard d’aération

Réalisé initialement en béton armé, ce regard est proposé dorénavant en PEHD. Les six tubes du dessus assurent l’aération du massif. Les tubes du dessous évacuent la surverse éventuelle vers le système de drainage.

Compter la pente du massif drainant. Superficie nette : 1,5 m²/eh sur l’étage 1 + 1,2 m²/eh sur l’étage 2 = 2,7 m²/eh.

Réalisations : soixante-dix réalisations entre 2005 et 2010, dont quelques-unes sont présentées en détail dans la documentation de l'entreprise, consultable sur son site ; capacités nominales : 50 à 450 eh.

Protection juridique : marque déposée et brevet européen.

Références : les performances sont connues par le suivi sur deux ans, à charge nominale, de la station de Saint-Michel-l’Observatoire (175 eh, avis IRSTEA-Cemagref 2009), l’étude [Troesch S. et al. 2010] et les suivis de réalisations par le constructeur.

Conclusion de l’avis Cemagref : filière tout à fait envisageable pour atteindre un niveau de 125 mg/l DCO, 25 mg/l DBO₅, 20 mg/l NTK ; pas de problème de colmatage avec un deuxième étage composé de pouzzolane 0/7.

Le Biho-filtre® d’Epur Nature

Le Biho-filtre® d’Epur Nature superpose un filtre primaire à circulation verticale (au-dessus) et un filtre secondaire (en dessous) également à circulation verticale mais saturé de manière à améliorer la performance sur l’azote sous l’effet principalement du temps de séjour dans le massif.

Qualité au rejet annoncée par le constructeur : DBO₅ < 20 mg/l ; DCO < 90 mg/l ; MES < 25 mg/l ; NTK < 30 mg/l ; NGL < 40 mg/l, soit une performance nettement supérieure à la filière classique sur une emprise moindre.

Épaisseur du massif filtrant : 0,60 + 0,55 = 1,15 m (sans compter la pente de fond) Surface filtrante : 1,4 m²/eh sur l’étage 1 + 1,2 m²/eh sur l’étage 2 = 2,6 m²/eh.

Une seule réalisation à ce jour, la station 1200/1600 eh de Viols-le-Fort dans l’Hérault, mise en eau en septembre 2011 sous contrôle IRSTEA-Cemagref, premiers résultats attendus fin 2012. Autres chantiers en cours, notamment en Martinique.

LEcophyltre®

LEcophyltre®, développé par l'entreprise Jean Voisin, atteint les performances de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 « avec un seul étage » selon le constructeur, en réalité sur l’emprise au sol d’un étage mais en deux étages superposés, tous deux à circulation verticale et garnis de Mayennite®, un granulat artificiel en argile expansée.

Les eaux passent directement de l’étage supérieur à l’étage inférieur et sont recueillies au bas de l’étage inférieur mais les deux étages sont aérés séparément, par diffusion d’air à partir d’un réseau de drains ou de structures alvéolaires disposées à la base de chaque étage et alimentées en oxygène par des cheminées de ventilation communes aux deux étages.

Épaisseur du massif filtrant : 1,20 m dont 0,30 + 0,20 = 0,50 m de Mayennite® (0,90 m en configuration ANC avec plancher alvéolaire).

Superficie : 1,2 m²/eh sur l’étage 1 + 1,0 m²/eh sur l’étage 2 (environ) = 2,2 m²/eh (environ).

Capacités réalisées : 5 à 350 eh + une station de 1900 eh à La Bazoche-Gouet en Eure-et-Loir.

Réalisations : 30 stations en service fin 2010 en assainissement collectif + 5 en ANC.

Suivi : deux stations suivies par le SATESE de la Vienne et l'Ecole des Mines de Nantes avec cloisonnement à la capacité nominale + plusieurs stations suivies par les SATESE dont La Bazoche-1900 EH.

Protection juridique : brevet français de 2008 consultable sur le site de l’Institut National de la Protection Industrielle-INPI.

Références : les performances sont connues par l’étude sur pilote [Prigent S. et al. 2010] et les suivis de réalisations par le constructeur.

Validations techniques : configuration ANC en cours d’agrément sur plateforme CSTB ; configuration collective en cours d’étude, rapport attendu en 2012.

Le Biho-filtre

Principe de fonctionnement

Le Biho-filtre superpose un filtre primaire à circulation verticale (au-dessus) et un filtre secondaire (en dessous) également à circulation verticale mais maintenu constamment en eau de manière à améliorer la performance sur l’azote sous l'effet de la saturation et du temps de séjour dans le massif.

Dimensionnement

Épaisseur du massif filtrant : 0,60 + 0,55 = 1,15 m sans compter la pente de fond.  
Superficie du massif filtrant : 4,3 m²/eh sur l’étage 1, à l’interface entre graviers drainant et filtrant.  
Temps de séjour dans le massif inférieur : 0,6 jour environ.  
Recirculation des effluents sur l’ensemble du massif : 100 %.

Étage supérieur

L’étage supérieur est constitué de filtres à percolation verticale comprenant, de la surface vers le fond :

+ 0,4 m de gravier filtrant 2/6 ;  
+ 0,2 m de gravier drainant 15/25, dans lequel est situé un réseau de canalisations refendues.

Il est alimenté par bachées avec une recirculation de 100 %.

Son aération est assurée par des canalisations en PVC CR8 DN 125 identiques aux canalisations de drainage des filtres verticaux classiques, posées à la base de cet étage (donc sur la surface finie de l’étage inférieur), refendues à intervalles réguliers pour permettre la sortie de l'air vers le massif. Ces canalisations communiquent avec l’atmosphère d’une part par le regard de sortie du massif et d’autre part par deux remontées en surface sous forme de cheminées d’aération.

Principes constructifs

Chaque massif est équipé d’un regard de sortie qui assure également la mise en charge de l’étage inférieur saturé, l’aération de l’étage supérieur et le drainage de l’étage supérieur en cas de dysfonctionnement de l’étage inférieur. Dans ce cas, les effluents sont collectés par les canalisations d’aération et évacués par le regard de sortie.

Le fond de forme et le réseau drainant inférieur sont conçus pour favoriser les écoulements ainsi que la mobilisation de la totalité du volume réactionnel par le processus épuratoire.

Étage inférieur

L’étage inférieur est constitué d’un ou plusieurs filtres à percolation verticale comprenant, de haut en bas :

+ 0,5 m de gravier filtrant 6/16 ;  
+ 0,15 à 0,25 m de gravier drainant 15/25 à 20/40 destiné à rétablir l’horizontalité des couches et incorporant un réseau de drains en PVC CR8 DN 160.

Il est alimenté gravitairement et « au fil de l’eau » (c’est-à-dire à mesure de la percolation des eaux à travers l’étage supérieur), non aéré, et toujours saturé en eau de manière à créer dans le massif les conditions anoxiques nécessaires à la dénitrification des nitrates produits à l’étage supérieur.

Le regard de sortie

L’effluent est recueilli en fond de filtre par un système de drains et évacué vers un regard de sortie par l’intermédiaire d’une remontée de hauteur réglable qui assure la mise en charge de l’étage inférieur.

Ce regard reçoit également les canalisations d’aération de l’étage supérieur et assure ainsi à la fois la ventilation de cet étage et le bypass de l’étage inférieur en cas de dysfonctionnement de ce dernier (dans ce cas, les filtrats de l’étage supérieur cheminent vers le regard de recirculation via les canalisations d’aération, le regard de sortie et la canalisation d’évacuation de ce regard).

Performances

Le Biho-filtre devrait assurer la norme de rejet et les rendements indicatifs de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 et une teneur NGL en sortie de 40 mg/l (rendement NGL 80 %).

Abattement bactériologique de l’ordre de 2 Ulog, comme sur une filière classique en deux étages successifs.

Le Rhizostep® de la SAUR

Le Rhizostep® de la SAUR reprend la disposition classique en deux étages juxtaposés mais avec une mise en œuvre sur plancher aérant qui autorise une réduction à la fois des surfaces (1 m²/eh pour le total des deux étages) et du nombre de casiers (deux casiers sur chaque étage). Les filtres sont précédés par un dégrillage fin à entrefer 2 cm (parfois beaucoup moins) et alimentés sur les deux étages par des rampes de distribution aériennes DN 50 mm (en bout de réseau) disposées au-dessus des filtres.

Épaisseur du massif filtrant : 0,80 m environ sur chaque étage.  
Superficie : 0,6 + 0,4 = 1,0 m²/eh.  
Capacités réalisées : jusqu’à 1900 eh à Montflanquin dans le Lot-et-Garonne.  
Réalisations : plus de 200 stations en service fin 2010, dans des conditions climatiques et d’exploitation diverses.  
Suivi : bilans 24 h réalisés par les SATESE et recueillis par la SAUR sur plusieurs dizaines de stations, dont quelques-unes à charge nominale ; certains donnent les teneurs en sortie de l’étage 1 ; conformité à la norme de rejet sur 85 % des bilans.  
Protection juridique : marque déposée.  
Références : les performances sont connues par la publication Molle P. et al. 2008 et les suivis de réalisations par le constructeur.

Analyse

Le développement d’une filière brevetée répond certainement à une motivation commerciale ; il génère parfois des dérives regrettables, en assainissement individuel notamment, et la diffusion d’équipements qui ne remplissent pas leurs promesses. Ce n’est pas le cas des quatre procédés que nous venons de décrire, précisons-le d’emblée. Ils sont proposés et garantis par des constructeurs de compétence confirmée qui ne vont pas compromettre leur réputation en mettant sur le marché des systèmes hasardeux. Cette question du sérieux et de l’engagement des opérateurs prend tout son poids dans un contexte commercial de foire d’empoigne entre constructeurs, un contexte technique où les essais de garantie sont réalisés très souvent à des charges inférieures aux charges nominales, un contexte professionnel marqué par l’absence de procédure d’agrément ou de qualification. Rien n’empêche aujourd’hui une entreprise X d’annoncer une application FPR de son cru, de l’affubler du petit ©, de s’engager sur des performances imaginaires… et de disparaître avant que ces performances puissent être contrôlées.

Entre le brevet européen du Bi-filtre® et les brevets français de l’Ecophyltre® et du Rhizostep®, les niveaux de protection juridique diffèrent. Les validations extérieures sont variables également : suivi IRSTEA-Cemagref sur dix-huit mois pour le Bi-filtre®, suivi IRSTEA-Cemagref en cours pour le Biho-filtre®, quelques mois

Principes

Le procédé Ecophyltre®, développé par l'entreprise Jean Voisin, est une variante de la filière classique à deux étages qui permet d’obtenir des performances de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 (DBO₅ < 25 mg/l ; DCO < 125 mg/l ; MES < 25 mg/l) « avec un seul étage » selon le constructeur, en réalité sur l’emprise d’un étage mais en deux étages superposés. Principales innovations :

• mise en œuvre de Mayennite® comme granulat filtrant ;
• superposition de plusieurs couches de traitement ;
• aération optimisée.

La Mayennite® est un granulat cellulaire de porosité structurelle élevée obtenu par l’expansion à 1130 °C de schistes du précambrien. L’importance de la surface spécifique favorise le développement de la masse bactérienne, donc l’épuration, et diminue les risques de colmatage. L’entreprise Jean Voisin l’utilise depuis 2001 sur une partie de ses réalisations.

Analyse

Avantages sur la filière classique :

• emprise au sol réduite à performance égale ;
• coûts d’investissement et d’exploitation réduits ;
• facilité de mise en œuvre en écoulement gravitaire.

Inconvénient : sensibilité aux variations de charge hydraulique (en cas de réseau unitaire par exemple).

Applications

Particulièrement adapté pour les petites collectivités (entre 20 et 3000 habitants selon le constructeur), ce procédé s’applique également à l’assainissement non collectif – ANC. En cours de validation technique par l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne, le SATESE de la Vienne-86 et l’École des Mines de Nantes.

d’expérimentation à l’École des Mines de Nantes pour l’Ecophyltre®, un an de suivi IRSTEA-Cemagref sur la station de Bouvines et retours des SATESE pour le Rhizostep®. Ces validations sont importantes, les maîtres d’ouvrage et les maîtres d’œuvre sont invités à s’y reporter avant de retenir une filière, car elles précisent les conditions de validité des performances attendues, les réserves des constructeurs, les limites d’application. Les filières-maison ne sont pas une panacée, rappelons-le. Nous donnons ci-dessous quelques limitations issues de la pratique.

Le Bi-filtre® donne des teneurs en sortie conformes à l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 mais sans descendre systématiquement aux niveaux habituels de la filière classique ; la DCO reste au-dessus de 90 mg/l, NTK au-dessus de 20 mg/l. Le comportement à capacité nominale et l’évolution dans le temps sont mal connus puisque les premières réalisations dans la configuration actuelle, en particulier avec la pouzzolane 0/7 sur l’étage inférieur, ne remontent qu’à 2005, soit sept ans de retours sur une durée de vie estimée à cinquante ans.

Le Biho-filtre® donne, sur l’emprise d’un premier étage, des résultats sur la pollution carbonée 25 à 30 % supérieurs à celle de deux étages classiques (DBO₅ < 20 mg/l ; DCO < 90 mg/l ; MES < 25 mg/l) et aussi et surtout des résultats sur l’azote. Le constructeur annonce NTK < 30 mg/l et NGL < 40 mg/l :

hivernale [Molle et al., 2008] à Burdignes et des bilans SAUR sur plusieurs dizaines de stations et plusieurs années de service.

L’audit de 2008 identifie les bonnes conditions d’aération dans les couches filtrantes du massif et pointe quelques faiblesses : conditions de fonctionnement plus proches des limites hydrauliques et organiques du système ; croissance plus rapide du dépôt à la surface du premier étage (× 2,5 environ par rapport à la filière classique) donc une augmentation de la fréquence de curage ; dissolution du matériau calcaire (0,5 à 2,8 % par an suivant l’étage de traitement et la charge hydraulique appliquée) ; diminution progressive des vitesses d’infiltration sur les filtres du premier étage (l’effet de bachée n’est plus perceptible en sortie du premier étage au troisième jour d’alimentation dès la deuxième année) donc une diminution de l’oxygénation par la surface et une limitation hydraulique des charges admissibles qui exclut le procédé à l’aval de réseaux unitaires ou simplement fuyards. Le niveau de rejet de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 (DBO₅ 25 mg/l ; DCO 125 mg/l ; MES 25 mg/l) est respecté y compris la nitrification poussée pour un effluent classé.

Le Rhizostep®

Le procédé Rhizostep®, commercialisé par la SAUR, utilise la technologie des filtres plantés de roseaux à flux vertical avec une mise en œuvre sur plancher aérant qui autorise une réduction à la fois des surfaces et du nombre de filtres. Il est connu principalement au travers d'un audit du Cemagref consultable sur le site de l'EPNAC sous le titre : P. Molle, Evaluation du procédé Rhizostep® de SAUR, 02.2008, appuyée sur un suivi de deux ans à la station de Burdignes dans la Loire (150 eh, mise en service en 2005) et sur le suivi par les SATESE de 11 stations de 75 à 350 eh dans d’autres départements. Précisons que la station de Burdignes a été cloisonnée avant le suivi de manière à reconstituer les conditions de charge nominale pendant la période hivernale, la plus défavorable pour ce type de système.

Les filtres sont précédés par un dégrillage fin, entrefer 2 cm, et alimentés sur les deux étages par des rampes de distribution aériennes de 50 mm de diamètre réparties à la surface des filtres.

Les filtres sont dimensionnés à 0,6 et 0,4 m³/eh, la moitié du dimensionnement conventionnel, et répartis chacun en deux casiers fonctionnant en parallèle. L’alternance sur deux casiers au lieu de trois, en premier comme en second étage, est associée à une rotation hebdomadaire : un casier est alimenté pendant une semaine puis au repos pendant une semaine ; il est donc alimenté deux fois plus longtemps que dans la mise en œuvre habituelle pour un temps de repos identique.

La réduction des surfaces filtrantes est justifiée par cette suralimentation et par l'amélioration de l’aération donc de l’oxygénation du massif filtrant résultant de la granulométrie, plus ouverte, et du courant d’air continu entre l’atmosphère et le « vide sanitaire » sous le plancher filtrant.

Principales conclusions de l’étude Cemagref

Gestion. La croissance du dépôt à la surface du filtre de premier étage est plus rapide que sur le système classique (× 2,5 environ), les curages sont donc plus fréquents.

Oxygénation. Le plancher aérant maintient effectivement de bonnes conditions d’aération dans les couches filtrantes du massif. Le filtre ne remonte pas à la saturation en oxygène à 15 cm de profondeur, mais la teneur en oxygène (> 10 %) assure néanmoins le maintien de conditions aérobies. À confirmer par de nouvelles mesures avec des dépôts de boue plus importants.

Matériaux calcaires. Les mesures indiquent une dissolution du matériau (entre 0,5 % et 2,8 % par an suivant l’étage de traitement et la charge hydraulique appliquée). À surveiller particulièrement en cas d'effluents acides.

Capacité d'infiltration. L’étude des courbes de drainage révèle une diminution progressive des vitesses d’infiltration. L’effet de bachée n'est plus perceptible en sortie du premier étage au troisième jour d’alimentation, donc quatre jours sur sept, dès la deuxième année. Il s’ensuit une diminution de l'oxygénation par la surface et une limitation des charges hydrauliques admissibles qui exclut le procédé à l'aval de réseaux unitaires ou simplement fuyards.

Performances. Le niveau de rejet de l'annexe 2 (DBO₅ < 25 mg/l ; DCO < 125 mg/l ; MES < 25 mg/l) est respecté, y compris la nitrification poussée pour un effluent classique (150 l/eh, 120 g DCO/eh, 12 g Nk/eh…), mais des dépassements en teneurs sont observés pour des effluents concentrés (1 200 mg DCO/l sur bilans 24 h) malgré des rendements de l’ordre de 90 % sur la DCO.

Conclusion

Le bilan des filières compactes proposées par les constructeurs pionniers est encore mitigé. Les coûts et les emprises au sol sont réduits de 20 à 30 % par rapport à la filière classique et la qualité en sortie similaire (DBO₅ < 25 mg/l ; DCO < 125 mg/l ; MES < 25 mg/l ; NTK < 20 mg/l) mais les marges de sécurité sont réduites et la norme indicative de l'arrêté de 2007 est parfois dépassée en conditions extrêmes, par exemple en cas de fortes charges hydrauliques (> 0,7 m/j) ou polluantes (DCO > 500 mg/l). La réputation des filières compactes, desservie jusqu’en 2010 par les réalisations approximatives de constructeurs incompétents, est relevée progressivement par les résultats de réalisations plus sérieuses.

Le filtre primaire « renforcé »

Historique

L’histoire française du FPR est marquée par la publication en 2003 d’un Cahier de Recommandations¹ qui abordait de front la question de la filière simplifiée : « Une station composée d'un seul étage vertical peut atteindre facilement un niveau de qualité D1 en sortie (rendement sur la DBO₅ > 30 % et sur les MES > 50 %). Une réalisation soignée permet même d’obtenir un niveau D2 dans certains cas (concentration en DBO₅ < 35 mg/l). »

L’année suivante, au congrès IWA d’Avignon, Pascal Molle présentait les résultats d’exploitation d’une centaine de stations FPR en France métropolitaine. Les valeurs en sortie de filière étaient bien inférieures aux valeurs de l’arrêté de 2007, y compris pour les stations de plus de 2 000 équivalents-habitants (par exemple, DBO₅ < 25 mg/l et MES < 30 mg/l).

Tableau 1 : Performances moyennes sur 48 stations de la filière classique

¹ RMBC et al., Épuration des eaux domestiques par filtres plantés de macrophytes – Recommandations techniques pour la conception et la réalisation, 2005.

La station d’épuration de Villefranche-de-Conflent

Villefranche-de-Conflent est une citadelle Vauban des Pyrénées-Orientales occupée par deux cents habitants permanents et une dizaine de restaurants qui servent en saison plus de mille repas par jour.

Depuis 2004, elle est équipée d’une station FPR de 400 eh installée à l’intérieur des remparts et présentant deux particularités : elle est invisible, conformément aux prescriptions de l’Architecte des Bâtiments de France, et elle fonctionne sur un étage recirculé dimensionné à 1,2 m²/eh.

Données techniques

Maître d’ouvrage : commune de Villefranche-de-Conflent Constructeur : Epur Nature (2004) Exploitant : commune de Villefranche-de-Conflent Suivi technique : SATESE 66 Capacité nominale : 400 eh Filtre : FPRV2 1,2 m²/eh (un seul étage) Milieu récepteur : la Têt Norme de rejet : DBO₅ < 35 mg/l (ou rendement > 60 %) Coût de réalisation (contraintes fortes, pas d’accès au site) : 265 000 € HT, soit 662 € HT/eh Coût d’exploitation : 4 000 €/an, soit 10 €/eh.an

Données de fonctionnement

Concentrations en sortie (en mg/l). Source : bilans SATESE.

Rendements (en %). Source : bilans SATESE.

Analyse

Les bilans de 2008 (80 % de la charge nominale DCO) et 2009 (100 % de la charge nominale DCO) sont représentatifs du fonctionnement à la charge nominale. En 2008, la norme de rejet est largement respectée, tant sur la teneur en sortie (23 mg/l < 35 mg/l) que sur les rendements (85 à 100 % > 60 %). En 2009, à charge nominale, les résultats sont conformes non seulement à la norme de rejet mais encore à l’annexe 2 de l’arrêté 2007, en teneurs et en rendements.

Au D4 d’alors, équivalent de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007, les valeurs en sortie de premier étage confirmaient l’importance de cet étage dans le processus épuratoire : teneurs DCO 131 mg/l (± 20) ; MES 33 mg/l (± 6) ; NTK 31 mg/l (± 5) — rendements DCO 79 % (± 3), MES 86 % (± 3), NTK 58 % (± 5).

Résultats confirmés un an plus tard par une nouvelle publication de l’équipe d’Alain Liénard appuyée sur 134 bilans 24 h proportionnels au débit sur 48 stations d’altitude, de constructeurs, de réseaux divers, toujours en deux étages à circulation verticale — FPRV1 + FPRV2.

Les voies du renforcement

De ces valeurs, très proches des plafonds de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 (DCO 125 mg/l ; MES 25 mg/l) et inférieures au plafond de l’annexe 1 applicable aux stations < 2 000 eh (DBO₅ 35 mg/l), a germé l’idée de renforcer le premier étage et de supprimer le second. Renforcer comment ? En augmentant l’épaisseur ou en modifiant la nature du granulat filtrant, en décantant l’effluent avant rejet, en augmentant la superficie du filtre, en renvoyant sur le filtre une partie des eaux qui en sortent, etc.

Le massif filtrant

L’épaisseur du matériau filtrant fait débat. Les études sur pilote, en France et à l’étranger, montrent que le processus épuratoire est concentré dans la partie supérieure et probablement dans les vingt premiers centimètres du massif filtrant [Ragusa et al., 2004 ; Tietz et al., 2007 ; Langergraber et al., 2006 ; Kadlec et Wallace, 2008 ; Prigent et al., 2010]. Les 20 cm suivants permettent de fiabiliser le traitement mais, au-delà de 40 cm, la dépense supplémentaire n’est pas compensée par une augmentation des performances.

Les constructeurs se sont aventurés néanmoins sur ce chemin. À Ville-sur-Auzon dans le Vaucluse, à Bonnefamille dans l’Isère, Epur Nature garantit des teneurs en sortie inférieures à celles de l’arrêté de 2007 (DBO₅ : 5 et 10 mg/l, DCO : 50 et 70 mg/l, MES : 15 et 20 mg/l respectivement), moyennant une augmentation des épaisseurs de granulat filtrant, notamment. Engagement tenu depuis la mise en service, mais sans qu’on sache quelle est la part de l’épaisseur du massif dans l’élévation des performances.

Par ailleurs, l’analyse comparée de stations différentes montre (d’une manière encore qualitative) l’incidence de la granulométrie sur la performance du premier étage vertical : un granulat plus petit et plus serré (un 2/4 par exemple) retient davantage de MES et donne des performances supérieures. Cet effet est particulièrement utile sur les filières en un étage vu l’absence du second étage.

Dans ce cas, la granulométrie plus fine sur l’étage unique compense dans une certaine mesure l’élimination du sable, caractéristique du second étage. Un filtre unique en 2/4 fera moins bien que deux filtres successifs.

La station d'épuration de Bélarga

Bélarga et Campagnan sont deux petites communes en forte croissance de la plaine alluviale de l'Hérault situées l'une sur la berge du fleuve, l'autre sur les premiers contreforts. Elles sont équipées depuis 2010 d'une station d'épuration commune traitant leurs eaux usées domestiques sur un filtre planté recirculé, et un seul. Pour les détails, voir www.sivube.fr.

Données techniques et économiques

Analyse

Il est trop tôt, deux ans après la mise en service, pour connaître les performances de la filière originale de Bélarga-Campagnan. Quelques observations préliminaires :

- la norme de rejet suit les recommandations de l'arrêté de 2007, norme moins exigeante pour les stations en dessous de 2000 eh ;

- le SIVU adopte une filière simplifiée non pour une question de disponibilité foncière mais pour réduire le coût de réalisation et simplifier l'exploitation ;

- la performance est fiabilisée de plusieurs manières : surdimensionnement du filtre (1,5 m³/eh), recirculation réglable, fossé filtrant en sortie de filtre, qualité de conception et de réalisation, qualité du matériau filtrant (2/6 avec une fraction de fines < 2 %), etc.

Les granulats spéciaux

Le travail sur la nature du granulat est foisonnant et prometteur. Sans entrer dans le vaste domaine de l'abattement de l'azote, du phosphore ou de polluants industriels par adsorption sur un granulat choisi à cet effet, les études de Jean Voisin en France sur la Mayennite® ou d'Epur Nature sur la pouzzolane montrent l'incidence positive d'un matériau alvéolaire à surface spécifique élevée, en termes de performance épuratoire et de prévention du colmatage. L'exemple du Bi-filtre®, dont les problèmes de colmatage ont été résolus et les performances accrues en remplaçant le sable siliceux initial par une pouzzolane, montre l'importance singulière du matériau filtrant sur les filières compactes, travaillant aux limites du procédé.

La surface de filtration

L'augmentation de la surface filtrante n'est pas intéressante en soi ; elle contrevient à la recherche de compacité et amène au contraire, pour un même volume de bâchée, une réduction des temps de percolation qui affecte négativement les performances, en particulier sur l'azote. Elle prend tout son sens par contre en couplage avec une recirculation de l'effluent, ou du moins d'une partie de l'effluent, puisque chaque nouveau passage sur le filtre, total ou partiel, réduit les teneurs en sortie. La recirculation impose l'augmentation de surface pour des raisons principalement hydrauliques, pour conserver le rythme des alimentations par bâchées et des oxygénations entre bâchées. Une augmentation des volumes journaliers sans augmentation de surface entraînerait une réduction des phases d'oxygénation préjudiciable aux performances et à terme au fonctionnement du filtre. Nous reviendrons dans les paragraphes qui suivent sur cette question de la surface de filtration, élément essentiel de la filière en un étage.

La recirculation – les ouvrages

La recirculation est mise en œuvre par une succession de deux ouvrages : le regard de recirculation et la liaison hydraulique avec le poste de relevage ou la bâche ou le siphon qui distribue les eaux brutes sur le premier étage.

Le regard de recirculation est un ouvrage très simple, bien dans l'esprit extensif de la filière FPR. Il s'agit d'un regard carré de fabrication courante comprenant une entrée des effluents en provenance du filtre et deux sorties, l'une en direction du point de rejet de la station (ou du second étage, ou du débitmètre de sortie…), l'autre en direction de l'ouvrage d'alimentation du filtre primaire. L'entrée et les deux sorties sont séparées par un seuil réglable dont la conception varie selon les constructeurs mais qui permet toujours de répartir le débit arrivant entre les deux sorties. Chaque sortie est munie en outre d'une vanne martelière pour fermeture en cas de nécessité.

La liaison hydraulique est également très simple dans le cas d'une alimentation du filtre par PR : elle est constituée d'une canalisation gravitaire DN 200. Les choses se compliquent dans le cas d'une alimentation du filtre par chasse ou par siphon, nécessairement plus élevés que la sortie du filtre ; dans ce cas, il faut mettre en place un petit poste de relevage sur le circuit de recirculation pour ramener les eaux de la sortie du filtre vers l'ouvrage de distribution.

La recirculation – le dimensionnement

Les débits dans le circuit de recirculation sont faibles en raison de l'effet d'écrêtement du passage dans le filtre. Un regard de 1 m × 1 m et des canalisations DN 200 suffisent largement, quelle que soit la capacité de la station, sachant que le procédé FPR est limité actuellement à 6000 eh, potentiellement à 10 000 eh.

Par contre, la recirculation augmente les débits sur le filtre, les volumes recirculés s'ajoutant aux débits en entrée de station, et cette augmentation peut justifier une augmentation de la surface utile du filtre recirculé. Pas de règle absolue cependant. Si la station est servie par un réseau effectivement séparatif, un filtre dimensionné classiquement (1,2 m³/eh sur un premier étage) recevra et traitera sans difficulté jusqu'à cinq fois le débit d'eaux usées [Molle 2007] pendant plusieurs mois consécutifs donc a fortiori les 50 ou 100 % supplémentaires résultant de la recirculation. Les choses se compliquent en cas de réseau unitaire ou fuyard car les eaux recirculées s'ajoutent aux eaux parasites et peuvent surcharger le filtre. Plusieurs solutions dans ce cas. À Villefranche-de-Conflent dans les Pyrénées-Orientales, la recircula-

…tion est commandée par une électrovanne asservie au débit d’entrée ; elle est interrompue au-dessus d’un débit donné pour éviter le cumul des débits parasites et des débits de recirculation. À Négrepelisse et Saint-Étienne-de-Tulmont dans le Tarn-et-Garonne, les débits excédentaires (détectés par le débitmètre d’entrée) sont dérivés vers d’anciennes lagunes, conservées à cet effet. À Bélarga dans l’Hérault, le filtre est dimensionné à 1,5 m³/eh et by-passé au-delà d'une valeur donnée du volume journalier. Autant de cas, autant de solutions. Pas de règle immuable.

La recirculation - les inconvénients

La recirculation impose un relevage mécanique, on l’a vu, donc une desserte du site en électricité. C’est un inconvénient majeur et souvent rédhibitoire pour les petites stations éloignées du réseau de distribution électrique. Sur un site de ce type, assez étendu pour accueillir deux étages successifs et assez accidenté pour permettre une alimentation gravitaire de chaque étage, la recirculation sera pénalisante en réalisation (coût de l’amenée d’électricité et du PR) et en exploitation (consommations énergétiques, entretien et remplacement des pompes).

La recirculation alourdit la facture d’électricité et raccourcit la durée de vie des pompes puisque les eaux recirculées doivent être relevées mécaniquement, que ce soit par un PR affecté à cet usage (en cas d’alimentation gravitaire du filtre) ou par passage dans le PR d’alimentation du filtre. Cette incidence est contrôlée par le taux de recirculation (réglable en cours d’exploitation), faible aux taux de recirculation habituels (20 à 30 %), plus importante en cas de recirculation massive (50 % par exemple).

La recirculation - les avantages

Au-delà de 1000 voire de 500 eh, la desserte du site en électricité est à peu près indispensable, ne serait-ce que pour le contrôle à distance et la télésurveillance. Pour peu que l’alimentation par PR du filtre primaire soit imposée par la topographie (au moins trois mètres de dénivelée entre le fil d’eau d’arrivée et la surface finie du filtre) et/ou la capacité (les bâches et siphons posent des problèmes d’entretien et de fonctionnement au-delà de 1000 eh), la recirculation devient intéressante car elle ajoute un outil d’exploitation pour une dépense minime (5000 € HT : 500 000 € HT = 1,0 % du coût de la station à 1000 eh, 0,5 % à 2000 eh, 0,25 % à 4000 eh, dans des conditions moyennes).

Les manipulations sont minimes : il faut moins de cinq minutes pour déposer le caillebotis sur le regard de recirculation, changer la position de la cloison sur le seuil cranté et reposer le caillebotis. Pas de nettoyage vu l’absence de transport solide sur les eaux en sortie de filtre. En cas d’asservissement de la recirculation au débit entrant, par exemple, celle-ci est gérée par l’automate à partir d’une mesure déjà en place sur la station.

L’incidence sur la consommation énergétique et la durée de vie des pompes n’est effective que pendant les temps de recirculation, laissés à la discrétion de l’exploitant.

Voir les encadrés sur les emprises et les coûts de réalisation.

Un outil d’exploitation

Si l’exploitation est régie par le respect de la norme de rejet, la recirculation est inutile sur une filière classique bien conçue et bien dimensionnée tant que la charge en entrée ne dépasse pas 100 ou 120 % de la charge nominale6. Elle permettra par contre d’assurer la norme de rejet pour des charges en entrée bien supérieures à la capacité nominale puisque chaque passage sur le filtre améliore la qualité du rejet. Le coût d’exploitation sera un peu plus élevé, on l’a vu, mais ce surcoût sera toujours moins important que les travaux de renforcement de la station et leur incidence sur les mêmes coûts d’exploitation.

Si l’exploitation est dictée par la volonté de réduire les teneurs au rejet, pour améliorer la qualité du milieu récepteur par exemple, la recirculation permet effectivement d’améliorer le rejet moyennant une dépense d’exploitation supplémentaire et d’optimiser le couple qualité du rejet-coût d’exploitation, en fonction des variations de charge en entrée, de température, de climat, d’eaux parasites… Tout cela pour 0,25 à 1,0 % du coût de réalisation de la station.

La filière en un étage

Le principe

Si vous suivez les teneurs en polluants au fil d’une station FPR classique, vous serez frappé d’une chose : l’abattement se produit principalement sur le premier étage et les teneurs indicatives de l’arrêté de 2007 sont obtenues généralement en sortie de cet étage.

D’où l’idée consistant à fiabiliser ce premier étage et à supprimer le second.

Les choses se compliquent si vous vous intéressez au traitement de l’azote parce que le second étage poursuit la nitrification amorcée sur le premier mais là encore, vous constaterez que l’effet du second étage est faible en termes de nitrification (teneur NTK) et nul en termes de dénitrification (teneur NGL).

Si vous vous penchez maintenant sur l’abattement du phosphore, vous trouverez que l’étage 2 n’ajoute rien, là non plus.

L’idée a donc suivi son chemin en conjonction avec celle d’une recirculation en tête de filtre d’une partie de l’effluent. Les constructeurs ont appliqué cette combinaison sur des stations en taille réelle de capacité croissante, et le suivi de ces stations en un étage recirculé montre la validité de cette solution entre les mains de concepteurs et de réalisateurs.

6 Voire bien davantage, les stations fonctionnant à capacité nominale sont encore trop peu nombreuses pour permettre une évaluation fiable des dimensionnements actuels.

En somme, le concept de filière FPR en un étage est au carrefour de deux constats : performances élevées du premier étage sur la filière classique, augmentation de ces performances avec la recirculation. Car la recirculation et l’augmentation éventuelle de la surface de filtre seront toujours moins coûteuses, en réalisation et en exploitation, que le second étage de filtration et presque aussi performantes, sous réserve d’une haute qualité de conception, de réalisation, d’exploitation.

Les performances

Les rendements du filtre primaire vertical recirculé sont connus notamment par les expérimentations menées pendant dix-huit mois, entre 2008 et 2010, par Stéphanie Prost-Boucle et Pascal Molle du Cemagref sur la station de Saint-Thibaud en Savoie, 800 eh. Programme d’étude : mesures en entrée et en sortie des flux hydrauliques, des débits, des concentrations en DBO₅, DCO, MES, NH₄-N et NO₃-N pour des charges hydrauliques de 0,40 à 0,75 m par jour et des taux de recirculation de 50 à 200 % correspondant à des charges journalières entre 300 et 670 gDCO/jour ; calcul des performances au passage des eaux brutes sur le filtre et sur l'ensemble de la station, y compris recirculation. Nous donnerons les résultats sur l'ensemble de la station.

Les rendements sur DBO₅, DCO, MES sont réguliers, toujours supérieurs à 80 % et souvent proches de 90 %, même avec de fortes charges en entrée (> 0,7 m/j, > 250 gMES/m².j, jusque 600 gDCO/m².j). Les concentrations en sortie de filtre remontent en cas de charges fortes en entrée (DBO₅ > 350 mg/l par exemple) mais peuvent être abattues avant rejet par un traitement complémentaire, de type fossé filtrant par exemple.

Les rendements sur NTK sont similaires à ceux de la filière classique, de 50 à 60 % même pour des charges élevées en entrée de station (45 gNK/m².j par exemple), un peu moins pour les charges hydrauliques en entrée supérieures à 0,7 m/j, surtout en hiver. La teneur NTK en sortie est toujours inférieure à 30 mg/l dans les conditions suivantes :

• surface de filtre : 1,5 m²/eh

• recirculation : 100 % (optimum selon l’expérimentation : de 50 à 200 %)

• alternances service/repos : 3,5 jours/7 jours

Teneurs moyennes en sortie avec une recirculation de 100 %, une charge hydraulique de 0,4 m/j, une charge organique de 300 gDCO/m².j : 14 mg/l en DBO₅ ; 73 mg/l en DCO ; 19 mg/l en MES ; 19 mg/l en NTK.

Les bilans de stations en un étage recirculé donnent des résultats similaires. Voir les tableaux de performances pour les stations de Bélarga et Villefranche-de-Conflent. Cette dernière affiche, à charge nominale et pour une surface filtrante de 1,2 m²/eh, des performances supérieures à beaucoup de stations en un étage : rendements DBO₅ > 96 %, DCO > 92 %, MES > 95 % ; teneurs en sortie DBO₅ < 14 mg/l, DCO < 76 mg/l, MES < 14 mg/l.

Station de Villefranche-de-Conflent – Rendements (en %) et concentrations en sortie (mg/l)

Dans un contexte de tension sur le foncier, elle permettra d’éviter une DUP ou un abandon du projet.

Sur le plan de la réalisation, l’élimination du second étage est une simplification importante, car le massif filtrant du second étage est constitué de sable, plus difficile à trouver et à mettre en place que le gravier du premier étage.

Sur le plan de l’exploitation, la disparition du second étage est également une simplification majeure. Elle réduit de 25 à 33 % la superficie de filtre à débroussailler, à faucarder, à entretenir. Elle élimine une chasse ou un poste de relevage sur deux. Elle réduit le risque de colmatage, plus important sur un sable que sur un gravier.

Sur le plan des coûts et du bilan carbone, la filière en un étage recirculé donne une économie de l’ordre de 20 % qui accentue les avantages du procédé FPR sur ses concurrents intensifs. Dans des conditions moyennes et à performance égale sur DBO₅, DCO, MES, NTK, elle offre une économie de 20 % en réalisation et de 50 % en exploitation, avec toutefois une superficie au sol plus importante. La réduction des tâches et des coûts d’exploitation est importante ; pour une station de 1000 eh et une durée de vie de 50 ans, l’économie est de 2 €/eh.an × 1000 eh × 50 ans = 100 000 €.

Les inconvénients

L’inconvénient premier de la filière en un étage est la fiabilité du traitement. Les dysfonctionnements sur deux étages sont rares ; ils s’expliquent très souvent par une ou plusieurs malfaçons importantes que l’expérience permet d’éliminer, mais ils existent pour les maîtres d’ouvrage abonnés au principe du moins-disant. De ce point de vue, une filière en deux étages offre davantage de sécurité sur le résultat si l’on admet que les déficiences sur l’étage primaire seront rattrapées sur le second.

Les avantages

Sur le plan foncier, la filière en un étage réduit la superficie nette de 25 à 33 % (1,2 ou 1,5 m²/eh de filtre au lieu de 2,0 m²/eh) et la superficie brute de 20 à 30 % sur un même site. Sur un site étriqué, elle permet de conserver la solution FPR et ses 50 % d’économies d’exploitation par rapport à une filière intensive, en boues activées par exemple.

La réduction des tâches et des coûts d’exploitation est importante ; pour une station de 1000 eh et une durée de vie de 50 ans, l’économie est de 2 €/eh.an × 1000 eh × 50 ans = 100 000 €.

Les enseignements

Les bilans ponctuels sur stations existantes et le suivi sur dix-huit mois de la station de Saint-Thibaud en Savoie montrent qu’un filtre primaire renforcé (+25 % de surface filtrante) et recirculé donne des performances égales à celles d’une filière en deux étages successifs, avec des économies de 20 % et plus sur les emprises au sol, sur les coûts et sur le bilan carbone. Dans l’état encore sommaire de la connaissance actuelle, cette solution doit être réservée aux opérateurs expérimentés et aux problématiques simples : réseaux séparatifs, charges en entrée régulières et bien maîtrisées, normes de rejet de l’arrêté de 2007. Elle assure en tous cas la norme de l’an-

nexe 1 de l’arrêté (rendement > 60 % sur DBO₅, DCO, MES) applicable aux stations < 2000 eh et ouvre la voie, pour ces stations, à une filière simplifiée qui est dans l’esprit de l’arrêté et plus généralement de la réglementation française et européenne depuis les années 1970 : relâcher les exigences sur les petites stations pour concentrer l’effort sur les stations les plus polluantes.

Conclusion

Les filières-maisons ouvrent au filtre planté des sites et des budgets étriqués qui ne lui sont pas accessibles par la filière classique. Les performances sont similaires dans des conditions ordinaires (DBO₅ < 25 mg/l ; DCO < 125 mg/l ; MES < 25 mg/l ; NTK < 20 mg/l) mais les marges de sécurité sont réduites et la norme indicative de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007 ne peut pas être garantie en cas de pointe hydraulique (> 0,7 m/j) ou polluante (DCO > 500 mg/l) en entrée de station.

Par ailleurs, les performances à moyen et long terme ne sont pas connues car les stations les plus représentatives fonctionnent depuis moins de cinq ans, avec des charges en entrée inférieures aux capacités nominales.

La recirculation sur filtre primaire renforcé est mieux maîtrisée. L’étude IRSTEA-Cemagref [Prost-Bouclé et al., 2010] montre qu’une recirculation bien conduite (surface filtrante 1,5 m²/eh, recirculation 100 %, alternances service/repos de 3,5/7 jours) sur un filtre primaire de composition classique donne des teneurs en sortie et des rendements similaires à ceux de la filière en deux étages successifs, y compris sur NTK et avec des charges élevées en entrée (charge hydraulique > 0,7 m/j, MES > 250 g/m²·j, DCO jusque 600 g/m²·j). Pour une recirculation < 100 %, une charge hydraulique < 0,4 m/j et une charge organique < 300 gDCO/m²·j, les teneurs en sortie sont nettement inférieures aux plafonds indicatifs de l’annexe 2 de l’arrêté de 2007, comme sur la filière classique d’ailleurs :

DBO₅ 14 mg/l ≪ 25 mg/l
DCO 73 mg/l ≪ 125 mg/l
MES 19 mg/l ≪ 35 mg/l
NTK 19 mg/l

Valeurs moyennes à Saint-Thibaud sur 12 bilans 24 h répartis sur 18 mois de mesures : les écarts-types sont très faibles, de l’ordre de 10 % des valeurs moyennes.

Cette solution offre, à performances égales, des avantages de simplicité, de coût de réalisation, de coût d’exploitation, d’emprise au sol… à la condition, essentielle, de s’appuyer sur un maître d’œuvre et sur un constructeur spécialisés en filtres plantés. Les déboires constatés localement sur la filière classique mettent en cause presque toujours l’incompétence du concepteur et/ou de l’entreprise ; ils se reproduiront nécessairement sur une filière recirculée, fonctionnant un peu plus près des limites du procédé.

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