a Eaux usées urbaines

Le traitement des eaux usées avant rejet dans le milieu naturel est assuré par les systèmes de traitement d’assainissement non collectifs (fosses septiques) ou collectifs (STEU). Les systèmes non collectifs traitent uniquement les eaux domestiques individuelles avec ensuite rejet dans le cours d’eau ou dans le sol par infiltration. Les systèmes d’assainissement collectif traitent les effluents d’eaux usées urbaines d’une ou plusieurs communes mais aussi ceux provenant des industriels ou des hôpitaux. Généralement, les effluents arrivant en STEU sont un mélange d’eaux usées et d’eaux de pluie (réseau d’assainissement unitaire). Le problème est que lors de forts évènements pluvieux, le réseau est surchargé et les STEU ne peuvent pas assurer une épuration efficace et rejettent donc par by-pass les eaux plus ou moins traitées directement dans les cours d’eau. Pour faire face à ce problème, les réseaux ont été en partie améliorés avec l’émergence de réseaux dits séparatifs. En effet, les effluents du réseau strictement « eau usée » sont amenés à la STEU alors que les eaux pluviales sont dirigées vers des bassins de rétention qui permettent éventuellement une épuration avant rejet dans le milieu naturel (cf. paragraphe I.2.b.). Néanmoins, très peu de réseaux d’assainissement sont totalement séparatifs. On parle plutôt de réseaux semi-séparatifs où l’existence d’une cloison au sein des anciens réseaux unitaires assurent la séparation des eaux usées et pluviales.

D’un point de vue de la réglementation, l’arrêté du 21 Juillet 2015 remplace celui du 22 Juin 2007 et encadre les systèmes d’assainissement collectif et non collectif recevant une charge brute de pollution organique supérieure à 1,2 kg j-1 de DBO5 (Demande Biologique en Oxygène sur 5

jours). Cet arrêté est applicable depuis le 1er Janvier 2016. Il y est stipulé que « les systèmes d’assainissement sont implantés, conçus, dimensionnés et exploités» afin de répondre aux objectifs suivants, hors situations exceptionnelles (e.g. crues) :

- les rejets des STEU ne doivent pas compromettre l’atteinte du bon état de la masse d’eau ; - les rejets doivent se faire dans le lit mineur du cours d’eau ou par un système d’infiltration

dans les sols après une étude préalable de risques;

- l’exploitant de la station doit procéder à un autocontrôle des paramètres suivants avant déversement : la DBO5, la DCO (Demande Chimique en Oxygène), les MES, l’azote

global, le phosphore total, le pH, l’ammonium, la conductivité et la température.

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Pour les paramètres énoncés précédemment, le gestionnaire du système d’assainissement se doit de réaliser des prélèvements avec une fréquence dépendante de la capacité de la station. Par exemple, pour une station de capacité de traitement recevant 9 000 kg j-1 de DBO5 (cas de la

STEU de Villeneuve d’Ascq) et selon les paramètres, les fréquences annuelles de suivi vont de 52 (pour N et P) à 365 (pour le débit). Les valeurs des paramètres doivent respecter soient des valeurs seuils de concentration soit un rendement minimal d’épuration (Tableau 4). De plus, pour les STEU se rejetant dans des milieux sensibles à l’eutrophisation, les fréquences de prélèvement en sortie et les seuils à atteindre peuvent être plus contraignants. Dans tous les cas, le nombre d’échantillons dépassant les normes de concentrations ou étant inférieures au rendement fixé, ne doit pas dépasser un nombre de prélèvements prescrit par l’arrêté. Par exemple dans le cas de la STEU de Villeneuve d’Ascq, si le paramètre doit être mesuré 52 fois dans l’année, les prélèvements non conformes ne doivent pas excéder le nombre de 5 par an. Il existe aussi des valeurs dites rédhibitoires, au-delà desquelles aucun dépassement n’est admis sans justification particulière.

Tableau 4. Performances minimales simplifiées de traitements pour une STEU recevant une charge brute de DBO5 supérieure à 6 000 kg j-1 (cas de la STEU de Villeneuve d’Ascq) et rejetant en zone sensible à l'eutrophisation. Les concentrations maximales et le rendement minimal à respecter sont présentés en moyenne journalière. Paramètre Concentration maximale à respecter Rendement minimal à atteindre DBO5 25 mgO2 L-1 80 % DCO 125 mgO2 L-1 75 % MES 35 mg L-1 90 % Azote (Ntot) 10 mgN L-1 70 % Phosphore (Ptot) 1 mgP L-1 80 %

Une surveillance complémentaire des eaux rejetées directement en Atlantique, en Manche, en mer du Nord (convention OSPAR du 22 septembre 1992), et en Méditerranée (convention de Barcelone du 10 juin 1995) est demandée pour la mesure des concentrations totales et des flux déversés en mercure, cadmium, cuivre, zinc, plomb, ions nitrates et en ortho-phosphates.

D’un point de vue général, les eaux usées sont caractérisées par une faible oxygénation, de fortes teneurs en métaux [Zn, Cu, Pb, Cd, Cr, Hg (Sigg et al., 2014)] et en molécules organiques comme

OU

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des résidus médicamenteux, des composés tensioactifs, des produits phytosanitaires. La diminution d’oxygénation est la conséquence d’une forte charge de MO et d’azote sous formes réduites (Gaspéri et al., 2010) tandis que la présence de métaux est due à leur utilisation comme additifs chimiques de produits du quotidien (Gaspéri et al., 2008). Le but de cette thèse n’étant pas de caractériser l’ensemble de ces substances mais plutôt de trouver des traceurs pertinents, nous avons choisi de considérer la caféine (CAF) et la carbamazépine (CBZ). Ces deux molécules sont de bons indicateurs d’apports d’eaux usées selon différents auteurs (Panasiuk et al., 2015; Daneshvar et al., 2012; Buerge et al., 2003). De plus la différence importante entre ces deux composés, est que la caféine est une substance traitée en STEU contrairement à la carbamazépine (Jekel et al., 2015 et références incluses). La présence de caféine dans un milieu avec des teneurs supérieures à 400 ng L-1 est en effet indicatrice de contamination récente d’eau usée non traitée selon Sauvé et al. (2012).

L’étude de Gaspéri et al. (2012) menée à Paris a permis de comparer les charges en contaminants entre les réseaux unitaires et séparatifs. Il a notamment été montré que les polluants hydrophobes tels que les HAP, ainsi que certains métaux comme Cu, Pb et Zn sont plus concentrés en sortie des réseaux unitaires que dans des eaux strictement usées ou pluviales. Ces différences ont été expliquées par le relargage de substances historiquement présentes dans les dépôts des réseaux unitaires et qui sont partiellement lessivées par temps de pluie. Au contraire, des polluants plus solubles comme les pesticides s’accumulent peu dans les dépôts. Leurs concentrations issues du réseau d’eau pluviale et celles issues du système unitaire sont alors proches par temps de pluie. Pour ces contaminants (i.e. pesticides) qui se retrouvent initialement dans les sols, il est alors normal de trouver des concentrations plus faibles dans les réseaux d’eau strictement usées.