Typologie et mode de fonctionnement des ouvrages de stockage/décantation

1.1.

Typologie des ouvrages

Les ouvrages de stockage/décantation fonctionnent en temps de pluie lorsque les capacités de la station d’épuration (STEP) sont dépassées et qu’un volume supplémentaire doit être stocké et/ou traité pour éviter des inondations et la pollution du milieu récepteur.

Les différents types de bassins se distinguent en fonction de la position du ou des point(s) de déversement et de la façon dont le bassin est connecté au réseau. Les points de déversement vers le milieu naturel peuvent être situés à l’amont ou à l’aval. Lorsqu’il n’y a pas de point de déversement aval vers le milieu récepteur, on parle de bassin piège (Vazquez et al., 2009) puisqu’en cas de remplissage partiel ou total du bassin, les effluents sont piégés dans le bassin jusqu’au retour des conditions de temps sec permettant la vidange vers la STEP. Lorsque le bassin possède un point de déversement aval, on le qualifie de bassin de transit car le gestionnaire peut, selon ses choix de gestion, autoriser un débit de sortie du bassin vers le milieu récepteur (Vazquez et al., 2009). De même, selon les cas, une fois le retour à des conditions de temps sec, la vidange du bassin peut se faire entièrement ou partiellement vers la STEP ou le milieu naturel. On peut également distinguer les bassins à connexion directe des bassins à

Chapitre 7 : intérêt pour la gestion des ouvrages de décantation le bassin ne reçoit jamais les eaux de temps sec (Vazquez et al., 2009). Le Tableau 25 permet de résumer ces différents cas de figure.

Tableau 25 : Typologie des ouvrages de stockage/décantation (Vazquez et al., 2009)

Bassin de transit à connexion directe

Effluents reçus

Traversée permanente du temps sec Traversée d’une partie des eaux de

temps de pluie

Points de déversements

Amont : régulation du remplissage Aval ou trop plein : adaptation du

mode de gestion inondation ou pollution

Vidange

Vers la STEP après retour aux conditions de temps sec ou vers le

milieu naturel

Bassin de transit à connexion latérale

Effluents reçus

Traversée des eaux de temps de pluie uniquement

Points de déversements

Amont : régulation du remplissage Aval ou trop plein : adaptation du

mode de gestion inondation ou pollution

Vidange

Vers la STEP après retour aux conditions de temps sec ou vers le

milieu naturel

Bassin piège à connexion directe

Effluents reçus

Traversée permanente du temps sec Traversée d’une partie des eaux de

temps de pluie

Points de déversements

Amont : régulation du remplissage et évacuation du trop plein

Vidange

Vers la STEP après retour aux conditions de temps sec

Bassin piège à connexion latérale

Effluents reçus

Traversée des eaux de temps de pluie uniquement

Points de déversements

Amont : régulation du remplissage et évacuation du trop plein

Vidange

Vers la STEP après retour aux conditions de temps sec

1.2.

Deux modes de gestion : inondation ou pollution

1.2.1.

La gestion en mode inondation

Selon les modes de gestion, on distingue la gestion en mode inondation (ou rétention) et la gestion en mode pollution (ou décantation). Si l’objectif principal de gestion est la lutte contre les inondations, la stratégie sera uniquement quantitative et va consister à garder la plus grande capacité de stockage possible dans le bassin en imposant un débit de fuite important et des déversements dans le milieu naturel. Il s’agit donc de configurations de bassin de transit à connexion directe ou latérale (Tableau 25) qui permettent, grâce au point de déversement aval vers le milieu récepteur, de maintenir un débit de fuite assez élevé dans le bassin, qui joue alors seulement un rôle tampon d’évacuation des eaux vers le milieu récepteur. Ce mode de gestion ne va pas nous intéresser dans la suite de ce travail.

1.2.2.

La gestion en mode pollution

Si l’objectif de gestion est de limiter la pollution du milieu récepteur, la stratégie sera au contraire d’utiliser les capacités de stockage et le pouvoir épurateur du bassin en gardant les effluents un temps suffisant dans le bassin. Dans ce cas, on distingue le stockage simple de la décantation. Dans le cas du stockage simple, les effluents retournent à la STEP après stockage. Il s’agit donc de configurations de bassins pièges à connexion directe ou latérale (Tableau 25). Une fois que le bassin est plein, il faut attendre le retour aux conditions de temps sec pour vider les effluents vers la STEP. De plus, les volumes excédentaires sont rejetés à l’amont. Lorsque le bassin est à connexion directe, il y a un débit traversier permanent correspondant au débit accepté en STEP : on parle de décantation dynamique. Lorsque le bassin est à connexion latérale, la décantation est au contraire statique car le bassin n’a pas de débit de fuite. Pour les configurations de bassin piège, la turbidité n’offre donc pas un grand intérêt car il y a peu de degrés de liberté pour la gestion : il faut attendre le retour des conditions de temps sec pour vider le bassin. La connaissance de la qualité à l’intérieur du bassin n’a alors qu’une valeur informative.

En revanche, l’utilisation de la turbidité revêt plus d’intérêt dans le cas des configurations de bassin de transit avec une gestion en mode pollution. Dans ce dernier cas, le bassin dispose d’un point de déversement aval vers le milieu naturel et il est possible d’avoir deux niveaux de vidange :

- une vidange des boues et des effluents concentrés vers la STEP, - une vidange des effluents décantés vers le milieu naturel.

Lorsque le bassin de transit est utilisé en mode pollution, il fonctionne en réalité comme un bassin piège car l’idée est de laisser décanter les effluents et de ne pas avoir de débit de fuite vers le milieu naturel. En revanche, lorsque le niveau de décantation souhaité est atteint, contrairement au cas des bassins pièges, le déversoir aval du bassin piège permet d’évacuer directement les effluents décantés vers le milieu naturel. La turbidité pourrait alors être utilisée pour contrôler du niveau de décantation avant envoi vers le milieu naturel.

1.2.3.

Une gestion mixte

Pour les configurations de bassin de transit, la régulation du débit de fuite vers le milieu naturel permet de passer d’un mode de pollution à un mode inondation en fonction du scénario de gestion choisi. C’est par exemple le cas du bassin de la Plaine en Seine-Saint-Denis qui reçoit des apports de surverses de réseaux unitaires et dont les effluents (en dehors des boues du fond)

Chapitre 7 : intérêt pour la gestion des ouvrages de décantation m3/s. La définition du mode de gestion dépend de la nature de la pluie et des cotes relevées dans les collecteurs d’amenée. Pour des pluies faibles, le remplissage du bassin est forcé afin de garantir une décantation des effluents. Pour les pluies plus importantes, le débit de fuite est régulé afin de délester les flux et évider les inondations (Aires et al., 2003; Breuil & Browne, 2003).

1.3.

Les étapes de gestion

1.3.1.

Le remplissage

La gestion du remplissage du bassin ne fait pas l’objet de ce chapitre. En effet, l’intérêt potentiel de la turbidité pour la gestion en temps réel des flux et notamment pour leur orientation vers la structure la plus adaptée fait l’objet du chapitre 5. Dans ce chapitre, l’objectif est d’analyser le potentiel de la turbidité pour contrôler la décantation une fois que le bassin est partiellement ou totalement rempli. La phase de remplissage sera traitée uniquement en termes de suivi de la qualité à l’intérieur du bassin et non en termes de choix du débit à admettre dans le bassin. Le remplissage des bassins de stockage se fait souvent en plusieurs phases en fonction du volume de l’événement pluvieux. De plus en plus de bassins sont compartimentés de façon à réduire les coûts d’entretien et de maintenance. Dans ce cas, pour les pluies faibles, seul le premier compartiment est mobilisé. Puis, si une pluie plus importante se produit, le bassin se remplit par déversements successifs d’un compartiment dans un autre. C’est par exemple le cas du bassin de Solvay, qui va être étudié en détail dans la partie suivante ou des bassins de la Ferme de l’Hôpital dans le Val-de-Marne et de la Plaine en Seine-Saint-Denis. Il arrive fréquemment que chacun des compartiments ait un mode de gestion différent.

1.3.2.

Contrôle et gestion de la décantation

Une fois le bassin partiellement ou totalement rempli, qu’il s’agisse de décantation dynamique avec un débit traversier (bassin à connexion directe) ou de décantation statique (bassin à connexion indirecte sans débit de fuite), les particules vont peu à peu décanter vers le fond en fonction de leur vitesse de chute. Toute la question pour les gestionnaires est d’évaluer au bout de combien de temps les effluents ont suffisamment décanté en regard des objectifs de qualité fixés. Pour la plupart des bassins, la stratégie de gestion est temporelle : un temps de séjour est fixé et on admet que les effluents peuvent être rejetés dans le milieu naturel après une durée de décantation donnée. Ce temps est déterminé pour garantir une décantation suffisante mais également pour éviter des temps de séjour trop longs des boues, sources de phénomènes anaérobies dans les bassins (Escaler et al., 2005). Ce temps peut être fixé à partir de prélèvements permettant d’évaluer l’efficacité de décantation ou encore à l’aide de courbes de vitesses de chute. Par exemple, pour le bassin de la Plaine, le temps de décantation a été fixé à partir d’une hypothèse de vitesse de chute des particules de 1 m/h. Si le bassin se remplit sur une hauteur de 5 mètres, le temps de décantation sera donc de 5 heures. Cette temporisation est discutable car la valeur de 1 m/h est une valeur moyenne de V30 (V30 correspond à la valeur de

vitesse de chute dépassée par 70 % en masse des particules) obtenue dans les premières études de vitesses de chute (Chebbo, 1992). Or, ces études avaient déjà noté une variabilité importante des vitesses de chute des effluents unitaires avec des valeurs minimales pouvant atteindre 0,06 m/h pour V20 (V20 correspond à la valeur de vitesse de chute dépassée par 80 % en masse des

particules). De récentes études confirment ces résultats et mentionnent une valeur de V30

moyenne de 0,18 m/h pour les effluents unitaires de temps de pluie (Gromaire et al., 2006). La décantation espérée n’est donc pas forcément effective avec ce système de temporisation.

Connaître en temps réel et en continu la concentration en MES grâce aux mesures de turbidité constitue une perspective intéressante pour la gestion de ce bassin. D’ailleurs, depuis quelques années, des projets de gestion de la décantation dans les bassins à l’aide de mesures en continu de turbidité ont été étudiés. L’idée est d’asservir le rejet vers le milieu naturel des eaux décantées de la couche supérieure du bassin à un seuil de turbidité. Ce type de gestion a été étudié pour des bassins à Sargelet-le-Mans dans la Sarthe (Aires et al., 2003), à Valenton (bassin de la Ferme de l’Hôpital) et à Vitry dans le Val-de-Marne (Aires et al., 2003; Pister et al., 2003), à Bordeaux (Jacopin L'Azou & Bourgogne, 2003), à Bochum, en Allemagne (Gruning & Orth, 2002) ou encore à Nancy (Aires et al., 2003). De même, dans la zone d’aménagement concertée (ZAC) Paris rive gauche, des turbidimètres ont été installés afin d’évaluer les rejets des effluents stockés dans des collecteurs (Bouchet, 2003). Ce type de dispositif permettrait de contrôler plus facilement le respect d’un seuil réglementaire de rejet, souvent fixé à 50 mg/l par les arrêtés préfectoraux (Aires et al., 2003; Bouchet, 2003; Pister et al., 2003).

Les turbidimètres permettant le contrôle de la décantation peuvent être installés selon deux méthodes :

- Une installation sur flotteur qui permet de suivre la qualité de la couche supérieure au fur et à mesure du remplissage ou de la vidange,

- Une installation à profondeur fixe, de préférence vers le fond, qui permet par exemple de contrôler l’avancement de la décantation au niveau de la limite entre couche vidangée vers la STEP et couche vidangée vers le milieu naturel pour les bassins de transit avec une double vidange.

1.3.3.

La vidange

En général, pour activer la vidange d’un bassin, deux conditions doivent être respectées : le retour aux conditions de temps sec dans les collecteurs aval réceptionnant les eaux de temps sec et le respect du temps de décantation. La première condition s’applique à la vidange vers la STEP et pour la vidange des boues et des eaux chargées du fond du bassin en cas de double vidange. La seconde condition concerne le rejet vers le milieu naturel lorsque le dispositif prévoit d’envoyer les effluents décantés vers le milieu naturel, ce qui est le cas des réseaux séparatifs d’eaux pluviales mais également des bassins comme celui de la Plaine, réceptionnant des surverses d’effluents unitaires. Si un turbidimètre flottant est installé dans le bassin, il peut également permettre de contrôler la vitesse de vidange, en fonction des éventuelles remises en suspension de particules du fond. En effet, même si les effluents ont suffisamment décanté, les conditions hydrauliques de la vidange peuvent provoquer des remises en suspension de particules qui risquent d’être déversées dans le milieu naturel.

2. Variabilité des phases de décantation et de