Un dispositif de réduction des rejets de macro-déchets par les déversoirs d'orage

Dans les cités antiques, les édiles ont très tôt pris conscience de la nécessité d’engager des travaux de construction de réseaux d’assainissement. Les réseaux mis en œuvre étaient le plus souvent des réseaux unitaires par lesquels transitaient les eaux usées, et par temps de pluie, un mélange d’eaux usées et d'eau de ruissellement. Aujourd’hui encore, les centres-villes et les quartiers anciens utilisent des réseaux unitaires. Toutefois, lors d’événements pluvieux intenses, les débits qui s’écoulent dans les réseaux augmentent considérablement et des flux non traités sont rejetés dans le milieu récepteur par des ouvrages de délestage. Dans les villes qui utilisent des réseaux unitaires, il est donc urgent de rechercher et de mettre en œuvre des moyens adéquats pour réduire les rejets d’eaux non traitées vers le milieu naturel. Les objectifs recherchés sont primo la réduction de la charge polluante, et secundo l’amélioration de la sécurité des personnes et des biens. Parmi les divers polluants rejetés vers le milieu naturel, la capture et le transfert des déchets flottants et des matériaux en suspension est, d'un point de vue économique, l'un des objectifs le plus facilement mesurable et réalisable.

En effet, les déversoirs d’orage des réseaux unitaires rejettent des quantités très importantes de flottants et de déchets en suspension, comme par exemple : des sacs et des bouteilles en plastiques, des canettes d’aluminium, des emballages, des mégots et des déchets d'origine sanitaire (coton-tiges, lingettes, etc.). Malheureusement, les seuils des déversoirs d’orage sont rarement équipés de dispositifs permettant de retenir ces flottants. Les seuils sont parfois munis d'une cloison siphoïde, mais les flottants qui sont retenus et qui s'accumulent dans les déversoirs d’orages sont souvent entraînés lors de fortes pluies sous ces cloisons et alors malencontreusement rejetés vers le milieu naturel.

Quels moyens mettre en œuvre ?

Des dégrilleurs à transfert de déchets peuvent être disposés devant les seuils

des déversoirs d’orage afin de retenir les déchets flottants et les matériaux en suspension. Cependant, les contraintes budgétaires auxquelles doivent faire face les collectivités les amènent parfois à différer de tels investissements car ceux-ci sont très onéreux, leurs tailles devant permettre de traiter des pluies d’orage générant des débits importants. Par ailleurs, à l’échelle de collectivités comme Paris ou Tokyo, l'amélioration de la protection du milieu naturel suppose la mise en œuvre d’équipements dans un grand nombre de déversoirs d’orage. Ceci conduirait à des investissements considérables mais également à des coûts d'exploitation et de maintenance élevés.

Le dispositif d’évacuation des flottants Hydrospin® apporte une solution économique à ce problème. Son principe de fonctionnement est étonnamment simple et innovant. Pendant toute la durée de la pluie, les déchets flottants et les objets en suspension sont continuellement aspirés vers le réseau aval, par l’établissement d'un tourbillon devant la conduite de sortie.

Le procédé

Le dispositif Hydrospin® est installé dans un déversoir d’orage, comportant un seuil déversant généralement oblique. Le système comprend une cloison siphonoïde protectrice et une plaque déflectrice réglable afin de générer la création d’un tourbillon. L'énergie nécessaire à la création artificielle du tourbillon (ou vortex) est fournie par l’effluent. Elle doit être suffisamment importante pour aspirer les flottants vers le fond.

La présence du déflecteur génère une perte de charge entre l’amont et la zone du vortex située derrière le déflecteur. Ainsi, les flottants sont continuellement dirigés le long de la cloison siphonoïde vers la zone du vortex, puis aspirés par le tourbillon à travers l’orifice de la conduite aval. Le dispositif Hydrospin® exploite donc un phénomène purement hydraulique et fonctionne continuellement, dès que le niveau du plan d’eau atteint un seuil préalablement calculé. Il ne nécessite en principe aucune maintenance, le vortex créant les conditions d’un autocurage empêchant toute obstruction de la conduite aval. L'équipement de déversoirs d’orage existants améliore ainsi la qualité de l'eau rejetée et permet de protéger efficacement le milieu naturel.

Le dispositif Hydrospin® a été imaginé et étudié par la société japonaise d'ingénierie Nippon Koei. Il a tout d’abord été modélisé en laboratoire par le Japan Institute of Waste Water Engineering Technology et testé en grandeur nature dans une dizaine de déversoirs d’orage.

Les mesures réalisées au Japon démontrent que plus de 78 % des flottants et des matériaux en suspension sont efficacement éliminés des rejets par la mise en œuvre de ce dispositif. Nakamura et al. ont présenté leurs résultats lors de la conférence internationale Novatech qui s'est tenue à Lyon en juin 2010 (cf. graphique page suivante). Aujourd’hui, plus de 1000 déversoirs d’orage de la ville de Tokyo sont équipés avec ce dispositif qui donne des résultats satisfaisants.

Une connaissance approfondie du phénomène hydrodynamique résultant de l’interaction entre la cloison siphonoïde et la plaque déflectrice générant le vortex est essentielle pour optimiser l’efficacité du dispositif Hydrospin®. Aussi la mise en œuvre de ce dispositif doit-elle être assurée par des ingénieurs qualifiés.

En Europe, la société Steinhardt GmbH a acquis les droits d’exploitation du brevet Nippon Koei. Pour la France, la société Hydroconcept, représentant exclusif de la société Steinhardt, est seule habilitée à commercialiser et à mettre en œuvre le dispositif Hydrospin®.

Les mesures réalisées au Japon démontrent que plus de 78 % des flottants et des matériaux en suspension sont efficacement éliminés des rejets par la mise en œuvre de ce dispositif. Nakamura et al. ont présenté leurs résultats lors de la conférence internationale Novatech qui s’est tenue à Lyon en juin 2010.

Les avantages

Les avantages procurés par le dispositif Hydrospin® sont multiples. Il évacue en continu, pendant toute la durée de l’épisode pluvieux, les flottants et les déchets en suspension vers le réseau unitaire aval. Ces polluants sont donc transférés vers les stations d’épuration où ils seront traités. Il fonctionne même sous une charge d’eau partielle dès lors que le niveau du plan d'eau atteint le seuil nécessaire pour initier la formation du tourbillon. Il ne requiert aucune énergie extérieure hormis celle procurée par l’élévation du plan d'eau.

Un autre avantage procuré par ce dispositif consiste en une mise en rotation de l'eau avec des vitesses d’écoulement élevées, ce qui permet un autocurage devant la conduite aval. Il empêche ainsi la formation des dépôts devant le départ de la conduite et réduit considérablement les risques d’obstruction.

Multiplier l’implantation de ce dispositif dans les déversoirs d’orage existants, avec un coût d’investissement minime, permet de réduire fortement la quantité des déchets d'origine sanitaire ou pluviale rejetés dans le milieu naturel.

Mais la mise en œuvre de nombreux dispositifs Hydrospin® ne conduit pas pour autant à augmenter les coûts de maintenance du réseau. En effet, les éléments constitutifs du dispositif sont d'une étonnante simplicité, puisqu’ils consistent en une cloison siphonique en inox et en un déflecteur hydraulique. Il n’y a aucune pièce mobile dans le dispositif, ce qui limite les interventions des exploitants au strict minimum.

Par ailleurs, les pièces constitutives de ce dispositif peuvent être conçues de façon modulaire, afin de pouvoir passer par des accès existants de faibles dimensions. L'adaptation du dispositif Hydrospin® dans des ouvrages existants est facile. La fabrication et la pose d'une cloison siphonique et d'un déflecteur hydraulique ne présentent en effet aucune difficulté.

Enfin, il est également possible d’installer dans un déversoir d’orage une combinaison d’équipements complémentaires avec un dispositif Hydrospin® comme par exemple un dégrilleur transfert de déchets ou bien une vanne de régulation de débit.