Les impacts sur les eaux réceptrices de la pollution diffuse urbaine.

Université du Québec

THESE

présentée

à

L'INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

(EAU)

comme exigence partielle

de la

maîtrise ès Sciences

(Eau)

par

Pierre Lavallée

(B.Sc. Biochimie)

LES IMPACTS SUR LES EAUX RECEPTRICES

DE LA POLLUTION DIFFUSE URBAINE

LES IMPACTS SUR LES EAUX RECEPTRICES DE LA POLLUTION DIFFUSE URBAINE

Malgré les efforts entrepris pour épurer les eaux usées municipales; les eaux de la pollution diffuse urbaine, négligées dans l'évaluation des sour-ces majeures de contamination des eaux réceptrisour-ces, sont rejetées au cours d'eau sans traitement. Ces eaux usées, rejets intermittents reliés aux ruis-sellement de surface en milieu urbain, transportent de grandes quantités de métaux et de solides en suspension à partir des contaminants déposés sur les surfaces imperméables des municipalités, et des nutriments, de la matière or-ganique, des bactéries et virus provenant des eaux usées domestiques. Par exemple, dans une évaluation théorique pour l'ensemble du territoire américain, on a calculé que les sources diffuses de pollution urbaine rejettent annuelle-ment 45 fois plus de plomb, et 15 fois plus de solides en suspension qu'un ef-fluent d'usine d'épuration biologique.

Quoiqu'intermittents, ces déversements ne peuvent être considérés com-me négligeables puisque des phénomènes d'accumulation dans les sédicom-ments,de bio-accumulation, et l'observation d'un effet de choc ("shock load") sont autant de modifications du milieu qui peuvent être causées par la pollution diffuse urbaine. Des augmentations des concentrations de métaux dans les sédiments d'une rivière, juste en aval d'une municipalité, par des facteurs variant de 2

à 5, tendent à prouver l'incapacité du cours d'eau à disperser efficacement tous les contaminants déversés. Des tests biologiques sur Selenastrum capricornutum confirment la toxicité des eaux de ruissellement urbain pour divers organismes aquatiques.

Dans le cadre d'une évaluation de synthèse des impacts des eaux u-sées de la pollution diffuse urbaine, nous avons démontré que ces eaux uu-sées dépassent des normes d'effluent, établies pour préserver une certaine quali-té du milieu en aval de déversements. De plus, ces seuls déversements peuvent diminuer la qualité de l'eau du milieu récepteur en dessous du seuil minimum acceptable pour bénéficier du plein usage du cours d'eau.

Je tiens à remercier très sincèrement mon directeur de thèse, le Dr. Denis Couillard, pour sa collaboration continue, ses judicieux conseils et son attention soutenue qu'il a manifesté tout au long de ce travail.

TABLE DES MATIERES

RESUME

REMERCIEMENTS TABLE DES MATIERES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES

CHAPITRE 1: INTRODUCTION

1.1 Le problème

1.2 La pollution diffuse

1.3 Pollution diffuse urbaine

1.4 Objet du présent travail

CHAPITRE 2: CARACTERISATION DES EAUX USEES URBAINES 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2

2.3

2.4

Importance du volume de la pollution diffuse urbaine Caractéristiques physico-chimiques et biologiques Charges annuelles

Concentrations moyennes de divers types d'eaux usées urbaines

Variations temporelles au cours d'une pluie des carac-téristiques des eaux de débordement de réseau unitaire et des eaux de ruissellement urbain

Comparaison des caractéristiques des eaux d'effluent traité et des eaux de la pollution urbaine

iv PAGE i iii iv vii ix 1 2 3 6 11 14

16

18 18 22 25 31

RECEPTEUR 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3

3.4

3.5

Description générale des contaminants Potentiel contaminant et toxicité

Potentiel contaminant des solides en suspension Toxicité des métaux

Toxicité des métaux pour la flore aquatique Toxicité des métaux pour les bactéries

Toxicité des métaux pour les organismes animaux

Caractéristiques du milieu récepteur pouvant influencer le degré de détérioration atteint

Caractéristiques physiques Caractéristiques biologiques Biodégradation

Réactions face à l'effet choc des déversements Bioaccumulation

Normes d'effluents pour la protection du milieu Normes de qualité pour la protection du milieu

CHAPITRE 4: ETUDES DE CAS

37

43

45 45

48

49 49

52

52 58 58 59 60 61 63 66

4.1 Première étude de cas: Evaluation du dépassement des normes 68 de qualité des effluents et des normes de qualité du milieu pour les débordements de réseau unitaire de la communauté urbaine de Montréal

4.2 Deuxième étude de cas: Evaluation du dépassement des normes 71 de qualité des cours d'eau en aval des déversements de la

pollution diffuse urbaine pour la ville de Bucyrus (Ohio, E.U.)

4.3

Troisième étude de cas: Evaluation du potentiel toxique du ruissellement urbain par des tests biologiques

75 CHAPITRE 5: ANNEXE 1: ANNEXE 2: ANNEXE 3: ANNEXE 4: ANNEXE 5: CONCLUSIONS 79

Importance du volume du mélange des eaux domestiques - 89 eaux de ruissellement de surface, qui irait directe-ment au cours d'eau sans traitedirecte-ment pour un évènedirecte-ment déterminé

Tranformation des concentrations (mg/l) en charges 92 annuelles (kg/ha/an)

Description de la rivière des Prairies 93 Calcul des normes d'effluents pour la rivière Des Prai-95 ries selon le modèle de Price et Pearson (1979)

Evaluation d'un débordement pour le collecteur Curotte-97 Papineau de la C.U.M., pour une pluie de période de

retour de 2 semaines

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 98

1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

2.7

Comparaison des eaux de ruissellement entre région urbanisée et région non-urbanisée

Caractéristiques des eaux usées urbaines. Charges annuelles (kg/ha/an)

Caractéristiques des eaux usées urbaines. Concentrations (mg/l)

Pourcentage d'augmentation des concentrations mesurées en temps sec et en temps de pluie dans un réseau unitaire

(collecteur Curotte-Papineau) de la communauté urbaine de Montréal

Comparaison des caractéristiques des eaux usées de réseau séparatif pluvial et de débordement d'égout unitaire (mg/l) Caractéristiques des eaux usées de débordement d'égout

uni-taire en fonction du temps. (pour une ville américaine) Moyenne annuelle des concentrations des rejets en fonction du temps pour les débordements de réseau unitaire et les dé-versements de réseau pluvial pour deux villes du Michigan

(U. S.A.)

Comparaison des charges annuelles déversées, estimées à par-tir des débits théoriques, des débordements de réseau unitai-re et des effluents de traitement secondaiunitai-re, pour 248 villes américaines vii 5 19 20 23 26 29 30 32

2.8

3.1 3.2

3.3

Comparaison des caractéristiques (charges annuelles) pour les débordements de réseau unitaire et les eaux de ruisselle-ment urbain avec les effluents d'usine d'épuration (kg/ha/an) Disponibilité et spéciation de métaux pour une rivière

Disponibilité des métaux (de forme soluble et ioniquement échangeables) dans les sédiments d'une rivière en amont et en aval d'une municipalité

Potentiel qualitatif d'activité polluant des contaminants de la pollution diffuse urbaine

34

40

42

44

3.4 Contaminants présents dans les eaux de ruissellement urbain et 51

3.5 3.6 3.7

4.1

4.2

4.3

responsables de détériorations du milieu

Enrichissement en métaux dans les sédiments de la rivière Saddle en aval de la municipalité de Lodi (U.S.A.)

Critères de qualité pour le plein usage de la ressource eau Critères de qualité pour des effluents (mg/l) se déversant dans une rivière

Comparaison de la qualité de la rivière des Prairies en aval des déversements de la pollution diffuse urbaine avec les normes de qualité du milieu et comparaison des caractéristi-ques des eaux de débordement de réseau unitaire avec les nor-mes d'effluent

Augmentation des quantités de contaminants dans la rivière Sandusky, due

à

la pollution diffuse urbaine, pour la ville de Bucyrus (Etats-Unis)

Mesure de la toxicité des eaux usées d'un réseau unitaire en temps de pluie (collecteur Meilleur-Atlantique, C.U.M.) par un test biologique viii

57

62 65 69 73

77

1.1 1.2 2.1 3.1 3.2 3.3

3.4

A.l

Les sources diffuses de pollution urbaine

Facteurs influençant la qualité du ruissellement urbain

Variations temporelles des caractéristiques des eaux de la pollution diffuse urbain

Variation de la disponibilité biologique d'un métal donné avec sa spéciation

Schéma idéalisé de la croissance d'un organisme en fonction de la concentration d'un élément essentiel Diagramme d'utilisation d'un polluant

Concentrations de métaux en fonction de la vitesse du courant, pour une rivière des Etats-Unis

Localisation géographique des bassins étudiés

ix PAGE

7

10 27 39 47 53 55 94

CHAPITRE

1

INTRODUCTION

1.1 Le problème

Dans la plupart des pays industrialisés beaucoup d'efforts sont ac-tue11ement entrepris pour diminuer les quantités de po11uants1 déversés sans traitement dans le milieu naturel. Les actions entreprises pour le contrôle de la pollution se situent principalement au niveau des sources ponctuelles, pour plusieurs raisons. Celles-ci sont moins difficiles à caractériser, étu-dier et traiter que ne le sont les sources diffuses. Les sources ponctuelles sont souvent mieux connues pour ce qui est des charges journalières rejetées et des concentrations; ces connaissances permettent une meilleure évaluation de leurs impacts sur le milieu récepteur et, par conséquent, l'établissement d'entreprises d'assainissement plus facilement justifiables.

Les politiques d'assainissement ont cependant comme objectif de re-donner aux citoyens le plein usage de cours d'eau en bon état; il devient a-lors impérieux de considérer également la pollution provenant des sources dif-fuses, celles-ci pouvant représenter une partie importante du potentiel conta-minant total arrivant au cours d'eau. Cette idée est d'ailleurs étayée par les

polluant: ce terme sera utilisé ici pour caractériser toute matière a1loch-tone ou autocha1loch-tone pouvant conduire à long, ou à court terme, à une détérioration totale ou partielle du milieu exposé.

3

-commentaires de Doyle (1979), directeur du projet "Clear Water" pour United States Environmental Protection Agency (U.S.E.P.A.):

"In 1976, The National Commission on Water Quality concluded that even after secondary treatment had been achieved at aIl U.S. muni-cipal treatment plants. Huge loadings of pollutants would still remain on U.S. waters.

From where? From non-point sources: urban runoff, agriculture, mining, construction, and others".

Les limites de nos connaissances sont souvent contraignantes dans l'examen des impacts sur les eaux réceptrices de la pollution diffuse.

1.2 La pollution diffuse

Par opposition aux sources ponctuelles, les apports diffus représen-tent généralement des déversements non limités à un seul site de rejet; mais plutôt une dispersion des contaminants sur les surfaces drainées vers les eaux réceptrices.

La pollution diffuse est reliée au ruissellement de surface, lequel sert de transport aux contaminants accumulés sur le sol. Cette inter-relation fait que les déversements de la pollution diffuse sont dépendants à la fois de la durée et de l'intensité des précipitations et des capacités de drainage du territoire responsable de la contamination. Ces sources sont donc intermit-tentes, caractéristique importante dans l'évaluation de leurs impacts.

Il est possible de diviser la pollution diffuse en deux grandes classes: pollution diffuse agricole et pollution diffuse urbaine. L'iden-tification de ces classes, selon l'utilisation du territoire drainé, a l'a-vantage de permettre une étude plus rationnelle de la qualité, et de la

quan-tité des eaux déversées.

Les eaux de la pollution diffuse agricole sont surtout chargées en nutriments, et pesticides. La provenance de ces contaminants est variée et les responsabilités sont partagées. L'utilisation excessive d'engrais chimi-ques, des pratiques agricoles non adaptées aux types de sols et à leurs topo-graphies ainsi qu'un épandage excessifl des fumiers d'entreprises pratiquant l'élevage intensif contribuent à l'augmentation des nutriments dans les eaux réceptrices, accélérant ainsi les processus d'eutrophisation. Les pesticides de tous genres employés en trop grandes quantités et lessivés par le ruissel-lement de surface sont responsables de problèmes de toxicité pour la flore et la faune aquatiques (Couillard,1980).

Malgré le fait que le territoire Québécois soit faiblement urbanisé, il semble exister des problèmes de pollution causés par les sources diffuses urbaines. Ces sources semblent être en outre un des responsables majeurs de l'apport de métaux lourds dans les cours d'eau (Dick et Marsalek, 1979). Elles représentent même des apports plus grand en solides en suspension que ce qui est exporté du milieu forestier (Tableau 1.1). Quoique les concentra-tions de phosphore amenées par le ruissellement urbain soient importantes, 10 fois plus que le milieu naturel dans l'évaluation des concentrations conte-nues dans le ruissellement, il demeure que la pollution diffuse agricole est

1

Sans compter les déversements illégaux des fumiers accumulés durant l'hiver-nage des animaux.

5

-TABLEAU 1.1: Comparaison des eaux de ruissellement entre région urbanisée et région non-urbanisée.

PARAMETRE MILIEU FORESTIER MILIEU URBAIN

SS 36 mg}l 4 x l

Phosphore (T) .06 mg}l 10 x

Azote Kjeldah1 1.24 mg}1 10 x

DE: Characklis

et

aZ.~ 1979a

l

la principale source de nutriments, en charges annuelles, pour le cours d'eau (Malo, 1976).

1.3 Pollution diffuse urbaine

Les sources ponctuelles de pollution en milieu urbain, que sont les effluents industriels et les effluents d'usines d'épuration des eaux usées municipales, sont facilement identifiables, mais une description de sources de pollution diffuse urbaine s'impose.

Le responsable de la pollution diffuse urbaine est, comme précisé dans la section précédente, le ruissellement urbain; mais plusieurs façons de parvenir au cours d'eau seront autant de divisions de la pollution diffu-se urbaine. Même si une partie du ruisdiffu-sellement de surface va directement au cours d'eau, en général ces eaux sont interceptées par le réseau d'égout, pour éviter les problèmes de circulation pour les automobiles et les piétons, que causerait la présence d'importants volumes d'eaux de ruissellement dans les rues de la municipalité. Feront donc partie des sources diffuses de pollution l'exutoire d'un réseau de type séparatif, ne transportant que les eaux de ruis-sellement de surface (réseau pluvial) et les exutoires, autre que l'exutoire principal1, d'un réseau unitaire2, que sont les débordements et les dérivations

avant traitements ("by-pass ") (Figure 1.1). l

2

Normalement relié à une usine d'épuration des eaux usées.

Réseau unique pour le transport des eaux usées domestiques et des eaux de ruissellement de surface.

7

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SOURCES DIFFUSES)

FiQure 1. Les sources diffuses

de

pollution urbaine (municipalité cwec un réseau

unitaire ) .

Les grandes quantités d'eaux de ruissellement à évacuer, les capa-cités limitées des réseaux unitaires, et les faibles variations des charges d'entrée (hydraulique et matériel organique) que peut supporter une usine d'épuration biologique1 pour conserver une certaine efficacité, sont les cau-ses physiques de l'existence des débordements de réseau unitaire et des déri-vations avant traitement.

La création, en milieu urbain, d'un grand nombre d'aires imperméa-hIes (stationnements, rues, toits d'édifices, etc .•• ) a contribué à augmen-ter démesurément le volume des eaux de ruissellement qui devront être évacuées par le réseau d'égout. Malheureusement le réseau de type unitaire2 n'est pas conçu pour transporter toutes les eaux de ruissellement. Sa capacité est pré-vue pour pouvoir transporter les pointes de débit des eaux usées domestiques31

ce qui ne correspond pas aux volumes du mélange eaux domestiques-eaux de ruis-sellement de surface qui sont à transporter durant un épisode pluvieux. Les tuyaux de débordements deviennent donc nécessaires pour évacuer les surplus d'eaux usées, afin d'éviter le refoulement jusqu'aux résidences raccordées au réseau.

Il est également nécessaire de détourner une partie des eaux usées de temps pluie (Couillard, 1972a) par les dérivations avant traitement ("by_ pass") pour éviter au traitement biologique une surcharge hydraulique qui cau-serait un lessivage des boues, et une dilution trop grande des matériaux néces-saires à la croissance des microorganismes responsable de la biodégradation, ce

l

2

3

Type de traitement des eaux usées municipales le plus couramment proposé. 80% de la population du Québec est desservie par des réseaux unitaires. Pointes reliées à l'utilisation non uniforme dans le temps des eaux de con-sommation.

9

-qui causerait une diminution de la population bactérienne.

La qualité des eaux de ruissellement urbain, source primaire de la pollution diffuse urbaine, est influencée par plusieurs facteurs. Beaucoup d'activités en territoire urbain peuvent être sources de rejets contaminants sur le sol: construction, dépôts atmosphériquesl , véhicules automobiles,

pro-duits chimiques, etc •• La figure 1.2 fournit un inventaire assez exhaustif des nombreuses causes d'accumulation de contaminants pouvant être transportés par le ruissellement urbain. Ajoutons que plus le milieu urbain sera centra-lisé2, plus les charges de contaminants seront importantes, dues à une plus

grande circulation automobile et à l'augmentation des surfaces imperméables (Dick et Marsalek, 1979; Klein, 1979).

Il est important de noter que les solides provenant de débris inor-ganiques déposés dans les rues se retrouvent surtout en suspension dans les eaux de ruissellement, une faible proportion passant en solution. De plus les solides en suspension servent de support à une grande partie des métaux et des contaminants organiques qui sont associés à ces solides en suspension

(Couillard

et al.,

1979). La qualité de l'eau du ruissellement de surface sera donc variable selon l'intensité et la durée de la pluie et selon la pé-riode de temps s'étant écoulée depuis les dernières précipitations.

l

2

Les dépôts atmosphériques sont les particules émises dans l'atmosphère par les usines, les véhicules automobiles et qui retombent au sol, soit sous forme de poussière sèche ou par les précipitations.

Centralisé: beaucoup d'édifices à bureaux, d'édifices commerciaux, peu d'espaces à vocation résidentielle.

TRANSPORT SUR GRANDE DISTANCE SOURCE LOCALE

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VEHICULES AUTOMOBILES FERTILI-SATION ~--~~---~~

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1

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MATERIAUX

ANTI-oERAPANTS ET DE otGLACAGE

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dt: Dick, Morsol.k (1979) ËLIMINATION DES

COURS D'EAU

I l

-Aux contaminants des eaux de ruissellement urbain, il faudra ajou-ter les contaminants présents dans les eaux usées domestiques pour procéder à une évaluation de la qualité des eaux de débordements et de dérivations avant traitement.

Même si les charges polluants mises en cause sont connues, les eaux de ruissellement urbain (par extension les eaux de la pollution diffuse ur-baine) ont toujours été considérées comme peu polluantes. C'est pourquoi les débordements et les dérivations avant traitement ont été considérées comme par-tie intégrante du procédé de traitement et c'est ce qui explique le peu d'ef-forts qui, jusqu'à tout dernièrement, étaient faits pour déterminer quelle est la pollution résultante des déversements de sources diffuses urbaines.

1.4 Objet du présent travail

Le problème de la pollution diffuse urbaine, tel que défini précé-demment, nécessite une étude approfondie des caractéristiques et des impacts de ce type de pollution. Nous avons essayé de vérifier à travers la littéra-ture scientifique et gouvernementale, ainsi que par consultation de divers spécialistes du génie urbain et de la biologie aquatique, qu'elles seraient les corrélations que nous pourrions établir entre les sources diffuses de pol-lution du milieu urbain et les détériorations des eaux naturelles, en aval de ces déversements.

Les objectifs visés sont de déterminer l'impact sur les cours d'eaul du déversement des polluants composants la pollution diffuse urbaine,

l

Nous traiterons, dans ce mémoire, des problèmes de contaminations pouvant

ê-tre causés aux rivières par les déversements de la pollution diffuse urbai-ne; la plupart des déversements urbains, au Québec, étant effectués dans les rivières (Gouin et Malo, 1978).

et à accroître les connaissances sur les impacts relatifs des sources ponc-tuelles et diffuses, afin de permettre une meilleure planification et de dis-cuter de la nécessité du traitement des eaux de ruissellement urbain.

Pour ce faire nous devons connaître les caractéristiques physico-chimiques, biologiques, ainsi que les variations temporelles de la qualité des eaux de la pollution diffuse urbaine. Cet examen est effectué pour les eaux du ruissellement de surface, des débordements et des dérivations avant traitement. Nous utiliserons également, pour des fins d'évaluation comparati-ve, les données de qualité des eaux usées provenant de sources ponctuelles.

Par la suite, et pour rejoindre nos objectifs principaux, les im-pacts possibles sur le milieu récepteur de chaque contaminant: solides en sus-pension, métaux, composés chimiques (hydrocarbures, détergents, etc •.. ) et bactéries seront analysés. Nous ne discuterons pas des problèmes d'eutrophi-sation des cours d'eau puisque la majeure partie des nutriments ne provient pas des sources diffuses urbaines (Malo 1976). Cependant, comme nous l'avons écrit au début de ce chapitre, l'apport en phosphore par le ruissellement ur-bain n'est pas négligeable comparativement au milieu naturel (Characklis

et

aZ'

3 1979a; Browman, 1979).

Nous évaluerons les réactions physiques et biologiques du milieu et, principalement, les modifications de sa capacité d'auto-épuration, qui peuvent accentuer ou réduire les détériorations causées par les contaminants déversés. En terminant, nous déterminerons les dommages reliés directement aux déverse-ments intermittents de la pollution diffuse urbaine. Cette évaluation étant basée sur le respect de normes de qualité du milieu en aval de déversements

13

-de la pollution diffuse urbaine.

La synthèse des considérations obtenues devrait nous permettre de jeter les bases d'une réponse à la question: est-il important de diminuer les apports provenants de sources diffuses dans le milieu urbain?

CHAPITRE 2

CARACTERISATION DES EAUX USEES URBAINES

La caractérisation de tous les types d'eaux usées urbaines est un pré-requis essentiel à la détermination de l'importance relative de la pollu-tion diffuse urbaine par rapport aux autres sources de contaminapollu-tion du mi-lieu urbainl • A partir des études sur la caractérisation physico-chimique de

ces eaux, nous fournirons une représentation la plus exacte possible de la qualité des eaux usées municipales. Les paramètres physico-chimiques les plus uniformément inventoriés sont les solides totaux et en suspension, la

de-b - 2

mande iochimique en oxygene (D.B.O.), la demande chimique en oxygène, les éléments nutritifs (azote et phosphore), les coliformes et les métaux (chrome, cuivre, nickel, plomb, zinc).

L'étude comparative de la qualité de tous les types d'eaux usées mu-nicipales permettra de déterminer quels sont les sources pouvant être considé-rées comme majeures3 pour un type de contaminant en particulier.

1

2

3

A l'exclusion des eaux usées industrielles.

Même si elle est très répandue, cette mesure est souvent faussée par plu-sieurs facteurs, tels la présence de toxiques ou les quantités limitées d'un élément essentiel. Dans ces conditions la matière organique présente ne se-ra pas utilisée au maximum, amenant ainsi une erreur d'évaluation (Cottinet

et aZ. 1975).

Source majeure: source représentant 33% ou plus de la charge polluante tota-le pour un contaminant (Graham,1978}.

2.1 Importance du volume de la pollution diffuse urbaine

Une étude de Lager

et aZ.

(1977) a dénombré 100 débordements par année pour les villes de New York et Chicago et 70 pour la ville de Washington. L'accroissement du débit transporté par le réseau d'égout au delà de la capacité de conception n'est pas un phénomène exceptionnel. En Ontario, les débordements se produisent 36% du temps, pour une période an-nuelle (Sullivan

et aZ.

1978). Aucune donnée n'est disponible sur la fré-quence des débordements pour le territoire québécois mais, selon Paquin

(1979), les déversements par les trop-pleins se produisent souvent. Une évaluation sommaire pour l'ensemble du territoire américainl rapporte que, sur une base annuelle, de 5 à 20% des eaux véhiculées par un réseau unitaire déborderont avant d'arriver à l'exutoire principal (Graham

et aZ.

1978).

L'étude d'un évènement en particulier permet d'évaluer le pourcen-tage du volume de ruissellement qui ne pourra être acheminé vers l'usine d'é-puration par le réseau d'égout. Pour des précipitations de 12.5 mm en 24 heu-res, précipitations de période de retour mensuelle pour la région de Montréal

2

(M.R.N., 1974) couvrant de façon uniforme un territoire de 200 km2 et ayant un coefficient de ruissellement de 50%3, nous aurions un volume total de 1.25 milliards (1.25 x 109 ) de litres d'eaux usées de ruissellement de surface à évacuer. Si ce territoire, desservi par un réseau unitaire de capa-cité égale à 2 fois le débit moyen de temps sec (D.M.T.S.)~, était occupé par l Evaluation de l'American Society of Engineer, en 1974.

2 L'équivalent des 2/5 de l'île de Montréal.

3 Coefficient de ruissellement appliquab1e pour une municipalité ayant une

fai-ble proportion de territoire à vocation résidentielle.

~ Le réseau a une capacité de 3 fois le D.M.T.S. mais, pour protéger une usi-ne d'épuration biologique d'uusi-ne surcharge hydraulique, la capacité à l'en-trée de l'usine est réduite à 2 fois le D.M.T.S. (Trudel,1979).

17

-une population de 1 million d'habitants (5000 habitants /km2 ou 20 habitants/ acre), le réseau pourrait évacuer 2 fois le débit sanitaire théorique de cette population1, soit 0.44 milliards (0.44 x 10~) de litres par jour.

Le volume total à évacuer de cette journée serait le volume de ruis-sellement de surface plus le débit sanitaire théorique, ce qui équivaut à 1.47 milliards (1.47 x 109) de litres. Comme le réseau ne peut acheminer que 30%

de ce volume, il en résulte que 70% des eaux à évacuer iront directement au cours d'eau, soit par les débordements, soit par la dérivation à l'usine de traitement (Annexe 1).

Cette estimation prend pour acquis une répartition spatio-temporel-le uniforme de l'averse. Les volumes de débordements seraient encore plus im-portants si nous tenions compte des pointes de débit2 des eaux du ruissellement de surface.

Même si nous tenions compte d'une plus grande capacité du réseau, par exemple en supposant un débit sanitaire théorique plus grand (370 l/j/

habitant) 3 qui aurait servi de base lors de la conception du réseau unitaire, il demeure que 50% des eaux usées véhiculées auraient débordé (Annexe 1).

1 Débit sanitaire théorique = 222 litres/jour/habitant. On considère le débit sanitaire théorique approximativement égal au débit moyen de temps sec.

Z Nous supposons le temps de réponse du bassin égal ou inférieur à une jour-née.

3 Valeur généralement admise il y a quelques années et qui est maintenant

L e mfue calcul que précédennnent (D.lt.T.$. = 222 L/3/habitant)

mais pour une pluie de période de retour de 2 ansr (Ferland et Gagnon, Lg72) démontre que 927" des eaux usées unitaires ne passeraient pas par lrusi-ne de traitement (Annexe 1).

Rappelons que pour la plupart. des évaluations eÈ des esËLuations ma-t h é n a ma-t i q u e s f a i ma-t e s aux Ema-tama-ts-Unls, de 60 à 7OZ du débima-t ma-toma-tal dma-teaux usées mu-nicipales est associé au débit en temps de pluie ("wet*reather flowrt) (Heaney e t a L . L 9 7 7 ) .

2 . 2 CaracÈéristiques physico-chiniques _{et biologiques}

Dans 1téÈude des eaux usées urbaines les contaml-nants les plus gêné-r a l e m e n t . m e s u gêné-r é s s o n t : l e s s o l i d e s ( t o t a u x et en suspension), l a n a t i è r e organique (par les demandes biochimique et chlmique en oxygène, DBO, et DCO), les nutriments (surtout azote et phosphore), les rnétaux (chrome, cuivre, niekel, plomb, zinc) et les bactéries (colifornes _{totaux et. coliforrnes} fé-c a u x ) . L e s L a b l e a u x 2 . 1 ( c h a r g e s annuelles) e t 2 . 2 ( c o n c e n t r a t i o n s moyen-nes) présenËent des valeurs de comparaison entre les différents types dteaux usées urbaines pour les eont,aminants étudiés.

2 . 2 . L C h a r g e s a n n u e l l e s

Lrexanen des charges annuelles déversées d r e a u x usées permet dfévaluer ltimporËance relatlve

p a r les d e ces

d i f f é r e n t s t y p e s eaux usées corme 1 Po,rr la région de Mont,réal .

t 9

-(\l c, x (l, Ê 6 (U = L o rc, .E +, o = c g rq I : o g : Ê o o 6 I|!l ,6 -c q) J 6 (t, (U t Ê c 6 û o ËD L lg s c, (u g |! al' s C'I J (u (u 5 E Ê IE (l, c,t L rÉ ,E q) (u g .tt ô L = tâ (u {, v, t x = G' o o It (t, t (t {J 6 L {, IJ |! !. |! (J (\l :t t4l J cô F c o +, (, l-æ + r É Ê_(l, o ( , o \ . ( J o û E O o g r € o g) 'F L P ! t L o o r -L O Ê l ! O L z. t-I Ê = F ^ = Q t 1^l ç -F t .tt (: +) É (t rÉ! ld o co rt <t GI (\l |l, I clôt t l ttt É a, O r o . ç Ê < + r ù i_{. | ! E} v, E..r c, r - r E t = + , E c r - ^ tsco € h € c n ( t v 3 rf<r G) lr) o (É) rtrtl st o L .aJ rU ct E - @ L € T ' ' t ctr a â + r -+, Ê o

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2 L

-apports de contaminant,s.

L e t a b l e a u 2 . 1 identlfte c i n q t y p e s d ' e a u x u s é e s u r b a i n e s : l e s e a u x s a n i t a i r e s ( d t u n égouÈ de type séparatif), l e s e a u x d r é g o u t u n i t a i r e en temps sec et en temps de pluie, les eaux de ruissellement urbain (ruis-sellement de surface et ce qui est transporté par un égout pluvial drun ré-seau séparatifl) et les eaux de débordement d.e réseau unitaire.

L e s v a l e u r s des tableaux 2.1 ex 2.2 ayant été obtenues de diffé-r e n t s t diffé-r a v a u x , donc ddiffé-rexpédiffé-rimenÈations diffédiffé-rentes, n o u s n e f e r o n s p a s d t a -nalyse uat,hémaËique de ces résultats mais plutôt une évaluation gualitative e t g l o b a l e des différences existantes entre les différents È y p e s d r e a u x u s ê e s .

L e t a b l e a u 2 . L m o n t r e q u e les eaux sanitaires r e j e t t e n t a n n u e l l e -ment beaucoup plus de mat,ière organique (valeurs de DBO, plus grandes par des facteurs en rnaJorité plus grands que 10 et valeurs de DCo de 2 à

7 f o i s p l u s é l e v é e s ) , d e n u t r i m e n t s ( p a r des facteurs supérieurs à 10), e t d e bact,éries que les autres Èypes dteaux usées urbaines2.

Le ruissellemenÊ de surface est la source majeure de métaux, il déverse dans 1e milieu des quantitês supérieures par des facteurs varianÈ de 4 (pour le zinc) à 30 (pour le chrome).

1

" _{Malgré la cerÈitude que le réseau pluvial}

ne capte pas 1002 du rulssellement de surface, et que de plus i1- y a dilution par 1es eaux parasiËes (infiLtra-tion, eaptage), il semble que la qualiÈé des eaux de rulssellement de surfa-ce et des eaux usêes dtun réseau pluvial soienÈ assez interrellées pour les c o n s i d é r e r dans la mêne section. 1 1 s t a g i t d r u n e n é t h o d o l o g i e utilisée p a r plusieurs auteurs (Desbordes et Ribst,ein, L978; Ileaney et aL. L977>. 2

Excluant les eaux de réseau unitaire en temps sec, ce type dteaux usées étant très semblable à celui des eaux de réseau séparat,if sanitaire.

Le ruissellement de surface et les débordements de réseau unitaire ( t a b L e a u 2.1) c o n s t i t u e n t , la pollution d i f f u s e u r b a l n e . A n n u e l l e m e n t , ces deux sources rejettent dans le milieu réeepteur plus de solides et, de métaux q u e ne le font les aut,res Ëypes dteaux usées municipales qui, de plus sont n o r m a l e m e n t È r a i t é e s p a r un système dfépuration efficace.

2 . 2 . 2 C o n e e n t , r a t i o n s moyennes de divers types df eaux usées urbaines

A u Ë a n t 1 r é v a l u a t i o n d e l f i m p o r t a n e e r e l a t i v e d e s c h a r g e s d é v e r s é e s

a n n u e l l e m e n t p e r n e t d e j e t e r l e s b a s e s n é c e s s a i r e s à 1 r é l a b o r a t , l o n d r u n e p o

-l i t i q u e g l o b a l e d r é p u r a t l o n , a u t a n t l e s m e s u r e s d e c o n c e n t r a t i o n s d e s d i

-vers cont,emi-nants présents dans les earu< usées urbaines permet,tent drévaluer

la toxicité ou la non-toxicité de ces eaux vis-à-vis du milieu naturel.

L e t a b l e a u 2 . 2 f o u r n i t

d r e a u x u s é e s u r b a i n e s . L t e x a m e n

met, pour un même réseau uniËaire

temps sec et en t,emps de pluie.

l a p a r t d e l a p o l l u t i . o n d f o r i g i n e

t i o n d i f f u s e .

l e s c o n c e n t r a t i o n s p o u r les différents t y p e s de ces mesures, pour chaque contaminant,, per-1rétude comparative des valeurs obtenues en La comparaison des valeurs permet drévaluer

urbaine pouvant, être aEtribuée à la

po11':-L e s d i f f é r e n c e s d e s c a r a c t é r i s t i q u e s d e c e s d e u x types dfeaux usées, unitaire en t,emps sec et en t,emps de pluie, srexpliquent par lrapport des eagx de ruissellement. de surface qui viennent augmenter la charge hydraulique du réseau lors dtun orage. En temps de pluie, les concentrations de métaux dans l e r é s e a u u n i È a i r e augmentent par des facteurs allant de 2 à 5. Le tableau 2.3 nous donne le pourcentage draugmentation, en temps de pluie, des concentrations

T A B L E A U 2 . 3 :

2 3

-Pourcentage draugmenÈat,ion des coneentrations mesurées en temps s e c e t e n t e m p s d e p l u i e d a n s u n r é s e a u u n i t a i r e ( c o l l e c t e u r Curotte-Papineau) _{de la cournunauté urbaine de Montréal.}

METAL Z D IAUG}TENTATION Plornb ZLnc Chrome Cyanure (CN-) 4207" 4007" 2007" 2047.

moyennes pondérées au dêbit de rnétaux dans Le collecteur Curotte Paplneau de la Communauté urbaine de Montréal. Par exempl-e les teneurs en plomb aug-mentenÈ de 42O7", dû principalement _{aux grandes quant,iËés déposées sur les} surfaces imperméables et qui sonÈ mesurées pour les eaux dtorages (Coull-L a r d e t a(Coull-L. (Coull-L979).

Lranalyse des rêsulÈats obtenus pour les eaux de ruissellement de surface montre que les valeurs de métaux et de solides sont systématique-ment plus élevées que celles des autres types dreaux usées urbaines. Toute-fois _{la tendance inverse existe dans le eas des nutriments, de la natj-ère} o r g a n i q u e ( D B O 5 et DC0) et des bactéries.

Bien que les concentraËions de coliformes dans les eaux de la po1-lut,ion diffuse urbaine ne soient, pas négllgeables (surtout _{dans le cas des} débordement,s de réseau unitaire), e11es sonË plus faibles que dans le cas d e s e a u x s a n i t a i r e s .

Nous ne possédons que peu drLnformations sur les guantités de pro-d u i t s chimiques synthétiques (pro-détergents, pesËicl-pro-des, etc...) c o n t e n u s d a n s l e s d i f f é r e n t s t y p e s d t e a u x usées. C e p e n d a n t c e r t a i n e s concLusions drune étu-de étu-de Lager et aL. (L977) _{rappellent que ces eomposés sonÈ présent,s dans les} eaux de ruissellement urbain et de débordements de réseau uniÈaire; et qurils peuvenË être préjudiciables à la qualité de lreau du mllieu réeepteur. Une étude de Eunter et aL. (L979) rapporte que des concentrations moyennes de 3 . 6 9 r r r g / L d f h y d r o c a r b u r e s allphatiques ont été mesurés dans le ruissellement urbain de la vil1e de Philadelphie (Etats-Unts). _{Pour conserver une certaine} qualité de lreau en milieu naturel, il est reeonrmandé qtrtaueun hydrocarbure ne s o i t d é v e r s ê directement dans le milieu naturel ( G o u i n et Malo, 1978).

2 5

-Les eaux usées de débordements de réseau unitaire contiennent. des métaux et des solides en suspension, provenant surtout des eaux de ruissel-lement de surface. La présence de matière organique, de nutriments, eË de microorganismes (bactéries et virus) est due à Ia partie, du mélange dfeaux usées véhiculées par le réseau unltaire en temps de plule, fournie p a r les eaux domestiques. Le tableau 2.4 expose les dlfférences ent,re les caract,éristiques physico-chimiques des eaux de ruissellement urbal-n et les e a u x u s é e s q u i d é b o r d e n t drun réseau uniÈaire.

2 . 3 v a r i a t i o n s _{t e m p o r e l l e s au cours dtune pluie des caractêrLstiques} des eaux de dêbordement de réseau unlt,aire et des eaux de ruissel-lement urbain

Les coneentraÈions de contaminanÈs contenus dans le ruissellement

urbain et, dans les débordemenËs de réseau unitaire sont, de par leurs

rela-t i o n s _{a v e c l e s é p i s o d e s p l u v i e u x , s u j e t t e s à d e g r a n d e s v a r i a t i o n s ; c e s v a}

-r i a t i o n s é t a n t d u e s à l r e f f e t , d e c h a s s e d e s e a u x d e r u i s s e l l e u e n t d t o r a g e .

La première ttvaguett des eaux de ruissellement, en emportant une grande partie _{des dépôts de contaminants accumulés sur les surfaces} inpernéa-b l e s ( r u e s , t r o t , t , o i r s , t o Î t s , e t c . . . ) d e p u i s l e s d e r n l è r e s p r é c i p i t a t i o n s , e s t c o m p o s é e dteaux usées très ehargées. Par 1a sulte les eaux de ruisselle-ment sont plus diluées. 11 faut ajouter que 1es dépôts accumulés dans les c o n d u i t e s d u réseau drégout seront également emportés lors de lraugmentation du débit par lrentrée des eaux de ruissellement dans ce même réseau. Cette diminuÈion des concent,raÈions de contaminants après les premlères minutes de l r o r a g e a êtê observée par Lager et aL. ( L 9 7 7 ) ( f i g u r e z.L). c e s m e s u r e s proviennent, de plus de 4500 échantillons des eaux de ruissellpment urbain

T A B L E A U 2 . 4 : C o m p a r a i s o n d e s c a r a c È é r i s t , i q u e s d e s e a u x u s é e s d e r é s e a u s é p a r a t i f p l - u v i a l - et de débordemenÈ drégout uniÈaire ( r n g / l ) .

*

aspect, qualitatif des eaux examinées

D E : B u r m e t , a l . , 1 9 6 8 .

PARAMETRE PLUVTAL

MAJ(I}fIM IMOYCNNN ANNUELLE

DEBORNM{ENT

}TA)(IMIIM I MOYENNE ANNUELLI

S . S . DBO5 Nt p - T 11900 (très turbid, 6 2 9 . 6 L 6 . 4

|

2o8o

: s , blanches):t

I

l

z

a

3 . 5 5 . 0 8 0 4 ( n o i r e s , 6 8 5 L 7 5 . 2 4 3 . 2 2 7 4 i n s Ë u r b i d e s ) * 1 5 3 1 6 .8 L 4 . 6

2 7 - <b- -- a E

SS DEBOROEMENT

080 0Ëænoemerur

SS RUISSELLEI'ENT URBAIN Oæ RUISSELLEMENT URBAIN

-- -- l

L _ _ _

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-o

o.5

TEMPS APRÊS

LE

tÊ résuliots normolisés

OËBUT OI.' RTJISSELLEMENT _{ET/AU OËBORDEMENT} (hCUrCg)

selon le lemp3

de : Loger ct ol. 11977 |

Figure 2., . Vorhtions

lemporelles

des coroctéristiques

_{des eoux de lo pollution}

diffuse urboine

.

et, de débordements drégouÈ unitaire, réeolËés en 1973 sur plusieurs munlcipa-l i t é s d e s E t a t s - U n i s .

L e s t a b l e a t t x 2 . 5 e t 2 . 6 e o n f i r m e n t u n e d i m l n u t i o n e f f e c t i v e d e s c o n c e n t , r a t i o n s a p r è s l r e f f e t d e c h a s s e . S i n o u s r e g r o u p o n s l e s c o n c e n t r a -t,ions de eontaminants selon le débit des eaux de débordements, nous remar-q u o n s remar-q u e , lors des pointes de débit dreaux usées, les concentraÈions sont plus élevées par un facteur 4 que 1es concentraÈions observées en d'autres m o m e n t s d u d ê b o r d e m e n t ( t a b l e a u 2 . 5 ) .

Dans une évaluation, sur une base annuelle, des variations des con-centrations avec le t,emps depuis 1e débuÈ des déversements drorages, Burm et aL. (1968) onË observé les déversements drun égout pluvial à Ann Arbor ( M i c h i g a n , U.S.A.) e t l e s d é b o r d e m e n t s d r u n r ê s e a u u n l t a l r e à D é t r o i t ( v i l -le voisine de Ann Arbor). Ils ont noté une tendance à La diminut,ion des con-centrations avec 1e temps, lors dtun orage; mals cette tendanee esË peu pro-n o pro-n c é e ( t a b l e a u 2 . 6 ) .

Si la pointe des concentrations de contaminant (pointe du pollulo-gramme) se produisait dans le teups avant la pointe de débit (pointe de I'hy-drograme), les eaux usées les plus chargées devraient pouvoir être adnises à l r u s i n e d f é p u r a t i o n . C e p e n d a n t , selon 1e territoire d r a l n é ( u t i l l s a t i o n d u sol, t,opographie) et, la capacité du réseau non util-isée par 1es eaux de temps sec, des point,es des concentrat,ions de contaminants peuvent se produire simuLtanément ou après 1'arrivée du maximum de déblt des eaux usées (Couil--L a x d e t a(Couil--L." (Couil--L979; Charackli-s et a(Couil--L., (Couil--L979a; (Couil--Lager et a(Couil--L., (Couil--L977).

T A B L E A U 2 . 5 : C a r a c t é r i s t , i q u e s des en fonction du temps

2 9

-eaux usées de débordement dtégout uniËaire ( p o u r une ville a m é r i c a i n e ) .

PARAMETRE 0 - 1 h e u r e * les pointes l _ h .

S S DBO5 DCO P t

Nr

C o l i f o n n e s s 8 9 ( 3 3 0 , 8 4 8 ) L 7 6 ( 1 7 0 , 1 8 2 ) 6 3 3 ( s 0 0 , 7 6 5 ) 3 . 0 ( 1 . 6 , 4 . 5 ) 2L _{(L7 , 24)} . 3 1 x 1 0 6 . 1 5 L 4 4 ( 1 1 3 , 1 , 7 4 )

4 0 ( 2 6 , s 3 )

1 4 0 ( l _ L 3 , l - 6 6 )

L . 4 ( 0

. 6

, 2 . 2 >

( 3 , 6 ) D E : V i l l a r e t , L 9 7 L . ( n i n . , max. )

TABLEAU 2.6: Moyenne annuelle des coneentrations (ng/l) _{des rejets en fonctj-on du} Lemps pour les débordements de réseau unitaire et les

déverse-ments de réseau pluvl-al pour deu:c vil-l-es du Michigan (U.S.A.)

D é b o r d e m e n t ( D ê t r o i t ) PARAMETRE 0 - 1 h . * 1 - 3 . 5 h . 3 . 5 - 6 .2 5 h . 6 . 2 5 - L 2 . 5 ; r . . > 1 2 . 5 h . S S D B O P - T

Nr

2 7 6 209 L 7 . L 1 0 . 3 299 1 5 9 1 3 .4 7 . 8 285 1 4 3 L 4 . 7 1 0 . 3 293 8 9 L 2 . 4 9 . 0 205 1 0 1 L 7 . 2 6 . 7

lluyial (Ann Arbor)

0-4nin. 4 - 9 n i n . 9-19nin. 1 9 - 3 4 u i n . > 3 4 m i n . S S DBO D . T \T " T 2390 4 7 5 . 5 3 . 4 1130 32 4 . 0 3 . 2 1810 2 5 4 . 2 3 . 1 5 2820 2 4 6 . 2 3 . 4 2 2 7 0 IB 5 . 2 3 . 9

Temps après le début des déversements D E : B u r m e t a 1 . , 1 9 6 8

2 . 4

3 1

-Malgré des concenÈrations plus faibles après 1e pic du poLlulogram-me, lrassociation _{de concent,rations moyennes de contaminant,s à de forts débits} de déversement entrainent vers 1es eaux réceptrices des charges importantes de cont4mi.nant,s.

c o m p a r a i s o n des caractéristiques d e s e a u x d r e f f l u e n t t r a i t é e t . d e s eaux de 1a pollution diffuse urbalne

1 1 s e r a i n t ê r e s s a n t , l o r s d e 1réval-uation du potentlel c o n t a m i n a n t r e l a t i f d e l a p o l l u t i o n _{d i f f u s e u r b a i n e , d r a v o i r des l-nformations sur la} qua-lité _{des eaux de ruissellement, urbaln par rapport aux effluents dtune usj-ne} d r é p u r a t i o n des eaux usées.

Une étude de Graham (1978) compare les caractérisËiques physico-ehimiques des eaux de débordesent de réseau unitaire et des eaux drun effluent d e t r a i t e m e n t secondaire. _{L e s v a l e u r s d u tableau 2.7 sont des concentratLons} moyennes pour 248 villes américaines, échantLllonnées de 1969 à L974, et des

charges annuelles estimées à partir drévaluations théorlques des débits. La comparaison des clrarges an:rueLles déversées par Les débordements de réseau un*-È a i r e e t les effluents _{d r u s i n e d?épuration biologique est faite à partir de} l r e s t i m a t i o n _{d e s d é b i t s théorlques de ces 2 types de déversement,s, pour touË} le terriÈoire urbanisé arnéricain (Etats-Unls), nultipliés par les concentra-tions moyennes vaLabl-es pour 248 villes américaines. Les valeurs ainsi obËe-nues devraLent donc être représentat.ives de ltensemble du territoire urbanisé des Etats-Unis. _{11 faut également t,enir coEpte que, contralrenent à lteffluent} d r u n e usine dfépuration ( s o u r c e ponct,uelle), _{l e s d é v e r s e n e n t s par les} trop-pleins sont discontinus _{et que les quantltés déversées par éplsode seront} re-lat,ivement plus importantes.

T A B L E A U 2 . 7 : _{C o m p a r a i s o n des charges annuelles déversées, estimées à partir} d e s d é b i t s Ëhêoriques, des débordements de réseau unitaire et des effluent.s de tral-tement secondalre, pour 248 villes améri-c a i n e s .

*

ConcentraÈion moyenne D E : G r a h a n , 1978

PARA}TETRE

DEBORDEMENT ETFLUENT SECONDAIRE

c o n e . * ( m g / f ) _décharge an-nuelle t<g/Ua/ an c o n c . ( r n g l l ) décharge an-nuell-e k.g/t.al an S S DBO5 p_{. T}

Nr

Plornb 370 1 1 5 1 . 9 1 0 0 . 3 7 2649 L52 6 . 1 2 3 . 5 1 . 0 30 30 4 3 0 0. 04 L7L L7L 2 2 L7L 0. 02

3 3

-En uÈiLisant les données de plusieurs auteurs et en évâluant ltef-ficacité théorique des traitement,s, nous avons comparé les eaux de déborde-menË et de ruissellement urbain, à des effluents traités par une décantation

simple, un procédé aux boues activées à faibles charges, et une déeantation s u i v i e d r u n e f l o c u l a t i o n c h i m i q u e ( t a b l e a u 2.8).

Les eaux de ruissellement, urbain et les eaux de débordement déver-s e n t . r e déver-s p e c t i v e m e n t , d a n déver-s l e r n i l i e u r é c e p t e u r , 2 L e t 1 . 6 f o i déver-s p l u déver-s d e déver-s o l i d e déver-s que lfeffluent drune décantaÈion simple. En les comparant à un effluent de Èraitement secondaire, les rapports des charges annuelles sont de lrordre de 100 fois plus élevé pour le ruisseLlement urbain, et de 9 fois plus pour les débordements de réseau unitaire.

Les nutriment,s ne peuvenË être enl-evés efficacement que par un trai-tement, physico-chi-nique (Coulllard, L972b). Si Les eaux brutes étaient trai-t,ées par ce Ëype de Ëraitement,, les débordements rejetteraient au nilieu 6 fois plus de phosphore en une année que lreffluent dtune décantation sulvle dtune floculation chimique.

P o u r l e s m é t a u x , l f e f f i c a c i t é d r e n l è v e m e n È , d a n s l e e a s d e s 3 t y p e s de traitement que nous comparons, est faible, de J-tordre de 407. pour le plonb (Atkins et Ilawley, 1978). Le ruissellement de surface en nilieu urbain trans-porËeraient donc annuellenent plus de plonb par un facteur 2.5 que les effluenls d r u s i n e d r é p u r a t i o n .

Les comparaisons effectuées, entre la qualité des effluents munici-paux traités et celle du ruissellement urbain, dénontrent que dans le cas où

T A B L E A U 2 . 8 : C o m p a r a i s o n d e s caraetéristiques débordements de rêseau uniÈaire b a i n avec les effluents d t u s i n e

(eharges annuelles) pour les eÈ 1es eaux de ruissel-l-ement ur-d I épuration* 0<.g/ha/an)

PARAMETRE EAUX BRUTES RESEAU UNITAIRE EAUX BRUTES PLIIVIAL DEBORDEMENT RESEAU UNITAIRE EFFLUENT PRIMAIRE DECANTATION EFFLUENT SECONDAIRE BIOLOGIQUE EFFLUENT PRI}.{ATRE DECANTATION + FLOCULA-ÏION CI{IMI-QUE S . S . D B O 5 Nroa"l P-f o t a l Plonb 1 4 3 1 L322 2 2 4 5 B trtr 3 . 2 1 7 8 0 8 9 4 3 . 8 3 . 2 L344 6 0 5

s 4

7 4 8 5 9 L L z 3 4 7 1 . 9 L43 1 9 8 2 2 4 4 1 . 9 5 7 2

8 s 9

1 1 . 6 1 . 9 l é f é r e n c e : E C K O I T -e t a L .

(Le6e)

Bryan

( r e 7

2 )

6urln E U L .

( r e o s l

* * L a q u a l i t é des effluents d r u s i n e d r é p u r a t i o n e s t é v a l u é e à p a r t i r d e s u ê m e s e a u x brutes de réseau unitaire e t d e l r e f f i c a c i t ê t h é o r i q u e d e c h a q u e t r a i t e -n e -n t m i s e -n c a u s e ( C o u i l - l a r d , L97b).

3 5

-les eaux usées municipaLes de temps sec seront traitées, la principale sour-ce de cont,amination du milieu urbain seraiÈ l-a poLlution diffuse. Ainsi si pour la proÈeetion de la quallté des eaux réceptrices, on devait. augmenter le traiteuent des eaux usées municipales, i1 faudrait Èraiter en priorité 1 e s e a u x p r o v e n a n t d e s o u r c e s d i f f u s e s .

CHAPITRE 3

DESCRIPÎION DES IMPACTS POTENTIELS SUR LE MILIEU RECEPTEUR

Le deuxième chapitre fournit une évaluation eomparative des charges

et des concentrat,ions de contamlnant,s amenées au cours dteau par les sources

d i f f u s e s d e l a p o l l u t i o n u r b a i n e . C o n n a i s s a n t l e s t y p e s d e c o n È a m i n a n t s p r é

-s e n t -s , i l e s È p o s s i b l e d f é t a b l i r l e s i m p a c t s d e l e u r s d é v e r s e m e n t s a i n s i

que les réact.ions du milleu pouvant, réduire ou accroÎtre les effets de cette

contamination.

3 . 1 Description générale des contaminants

Les pri-neipaux contaminants du ruissellement, de surface: solides en suspension, métaux traces, produits chimiques organiques (hydrocarbures, d é t e r g e n t s , p e s t , i c i d e s ) a i n s i q u e l e s d é v e r s e m e n t s d e b a c t é r i e s e t v i r u s p a r les débordements de réseau unitalre sont les vect,eurs important,s de la pollu"-t i o n d e s e a u x n a pollu"-t u r e l l e s . D e p l u s , s e l o n B r o w m a n ( 1 9 7 9 ) , d e s q u a n t i t é s i m -portantes de phosphate lnorganique solubLe sont présentes dans le ruisselle-ment urbain.

A f i n d e p r é c i s e r l e u r s naÎÈre précisément la forme et le minants.

impacts potentiels, il est. nécessaire de con-taru< de dégradation naturel-le de ees

conta-L e s métaux traces, rejetés vers le milieu récepteur, ont une dispo-nibilité bioJ-ogiquei très variable selon leur spéciation2 (Sturnn et, Bilinski,

L 9 7 2 ) . L a f i g u r e 3 . 1 r e p r é s e n t e q u a l l t a t i v e m e n t l a d i s p o n l b i l - t t é b i o l o g i q u e des différentes formes de métaux pouvant exister dans le milieu naturel. Nous pouvons remarquer que les ions libres, les complexes organiques et inorganiques sonË les formes qui peuvent le plus avoir un impaet, sur les di-verses formes de vie du milieu aquatique. _{Quelques formes sont einétLquement} beaucoup plus stables et peu disponibles pour créer de nouvel-les llaisons; ainsi les liaisons mét,al-aeides humiques sont qualifiés de persistantes par Reut,er et Perdue (L977) .

P a r 1 ' e x a r e n des résultats d e F l o r e n c e ( L 9 7 7 ) , i l e s Ë p o s s i b l e drobt,enir quelques précisions sur les proportlons de mét.aux sol-ubles qui sont d i s p o n i b l e s , p o t , e n t , i e l l e m e n t disponibles et non-disponibles ( t a b l e a u 3.f). Quoique relati-vemenË peu des métaux présents en rivière soient sous forme solu-b l e ( C a n p b e l l et aL., T976), done assurémenÈ bio-utilisables, u n e p l u s g r a n -de partie est, ou sera disponible pour une utlllsation aeÈuel-le ou ulËérieure par les organisrnes aquat,iques. Les résultats du tableau 3.1 ont été obte-n u s s u r d e s é c h a obte-n L i l l o obte-n s dreau de rivières. D e c e s r é s u l t , a t s , i l e s t d é m o n -t r é q u e 6 0 . 5 7 " d u cuivre,9L7. du pl-onb,2L7" du cadmlum e-t 247" du zinc son-t 1iés e t c o n s i d é r é s non disponibles. L e r e s t e ( 3 9 . 5 7 . p o u r le Cu, 97" pour le Pb, 797. pour le Cd ex 767 pour le Zn) est labile eL potentiellement utilisable.

La disponibilité biologique représente 1a possibil-lté qufune forne donnée drun métal sol-t non-Liée et disponible pour une uÈllisat,ion par 1-es orga-nismes vivants.

Par spéciation drun métal donné, on entend sa distribution ou sa réparti-tion parmi différentes formes physiques ou chimiques.

3 9 -(! l\ (lt Fl ?| JI o Fl T{ rJ o â +J u) o 4 d è . 6 d \ q ) F-l ô0 r, t J . i l Ë , d O È T { i{ F{ \q, \o o c, F{ . o F l t i \ o ( ! l r O r O t r + J O O r i À t h ( ' ) _{o l J I >} € o d O t r d ( d E o o qJ o o q, Fq ,rJ x É ( , ) o E h x H H E t ) I h E t r o_{. 5} 0 ) ! E o o F { O O r { v ( . ) ( J è 0 X l $ l r t t o ( É o o o v ( J q , o tl rl $ -X O 5 T { ( U + J r J F \qJ (Û 5 È l i o Ë q J o € X F I , 1 q ) 0 $ p - t + J L l F { \ o o o E o o X (û X r r ( U F l . t J É { \q, O E q ) ê o Tl }J 'Fl o \o o rt a q) \q) H é Fl IJ \o É H 'o o Tl ô0 F{ r{ \o +J .r{ F.'l .r{ p o Fl q) € T{ r.t (û T{ F{ F{ cfl T{ fq H H p cr H Ë H Él H H Fl H H z (t) H ûl o 'g t{ (û o o h F{ o I t è0 \o , ( t } J > o o O Fl (l) \ o o \ o o o r { t { . O } r O F { r 0 j r l O , q , J T { O ' U É o X +r E ?l >ii{ 5 d ' À ' { E d Ê Ê . ' r { O 5 rJ F{ Ê.-Ë \ O d q , I I t e l " o t H

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-"f"f

6 é É - E * * { u à t t Ê/ + N I N N N ^ o l o E O O q ; o + + i É v v _o è i : t r o a . r . o ( J ( J o \ r t P { J ' r J o É L ) \ , . / ( J q ) c ) N ( r d $ o , o . o CJ Êq Ê{ o @ o o r o x r t q ) O .Fl +J - { Ë d À d F { E ô0 \0., o l r , ç Q O ( J o o o d O ' r ' l o d Fl è0 È t t E V ( J H o c, O l r É , . o o d H F {

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tr .Êl tJ ,(U t{ (l) O a r X 0 r E À F { O o

T A B L E A U 3 . 1 : D i s p o n i b i l i t é e t s p é c i a t i o n d e s n é t a u x t r a e e s s o L u b l - e s d a n s l r e a u de rivière METAL SOLUBLE IONS LÏBRES t COMPLEXES ORGANIQUES LABILES * COMPLEXES INORGANIQUES LABILES COMPLE)(E ORGAN NON LABI L E * IONS LIBRES ADSORBES SUR ORGANI INORGAI{I N LABILE t IONS LI SORBES R TERIAU COUPTEXE ORGANTQUE NON LABILE î METAL NON LÀBILE AD-SORBE SUR MATERIAU ORGANI ILE t AL NON ILE A). TERIAU ÏNORGANI C u : P b : C d : Z n z

3sz

4 . 4 7 . 797" 7 67. L47" 8 . 7 7 . 0 0 L . 5 7 " 207. 0 0 0 477" 2L7" 247" 592 247" 0 0 DISPONIBLES ET POTENTIELLB{ENT DISPONIBLES NON DISPONIBLES POTENTIELLEMENT UTILISABLE S D E : F L o r e n c e , L 9 7 7