HAL Id: hal-02605124
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Submitted on 16 May 2020
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Description du site expérimental ROSEEV après travaux
N. Forquet, S. Bisone, C. Bertrand
To cite this version:
N. Forquet, S. Bisone, C. Bertrand. Description du site expérimental ROSEEV après travaux.
[Rap-port de recherche] irstea. 2015, pp.14. �hal-02605124�
Partenariat 2013-2015 – Les Zones de Rejet Végétalisées : écoulement et dégradation des matières dans le sol
Description du site expérimental
ROSEEV après travaux
Rapport Final
Nicolas FORQUET (Irstea) Sara BISONE (Irstea) Claire BERTRAND (Irstea)
• AUTEURS
Nicolas FORQUET, Ingénieur de recherche (Irstea), nicolas.forquet@irstea.fr
Sara BISONE, post-doctorante (Irstea), sara.bisone@irstea.fr
Claire BERTRAND, Assistante ingénieur (Irstea), claire.bertrand@irstea.fr
• CORRESPONDANTS
Onema : Céline LACOUR, Chargée de mission sur l’Eau et les aménagements urbains,
celine.lacour@onema.fr
Estérelle VILLEMAGNE, Chargée de mission Innovation, esterelle.villemagne@onema.fr
Irstea : Catherine BOUTIN, Ingénieur de recherche, catherine.boutin@irstea.fr
Droits d’usage : Accès libre à partir de la fin de l’action (décembre 2015) Niveau géographique : National
Descriptif du site expérimental ROSEEV après travaux
Rapport final
Nicolas FORQUET, Sara BISONE, Claire BERTRAND
DESCRIPTIF DU SITE EXPERIMENTAL ROSEEV APRES TRAVAUX
• RESUME
Ce rapport présente les étapes de la réalisation de la plateforme expérimentale ROSEEV à Mionnay (01) dans le cadre de la sous-action n°46. Cette plateforme est destinée à l’étude sur le long-terme de l’impact de l’infiltration d’eau usée traitée sur trois sols. Ces derniers ont été sélectionnés afin d’être représentatifs des sols se trouvant à proximité des stations de traitement des eaux usées. Le dispositif expérimental repose sur trois lysimètres qui sont des monolithes de sols non remaniés dont la masse est mesurée en permanence de façon à parvenir à des bilans hydriques précis. Le rapport présente en détail l’étape d’échantillonnage qui est déterminante afin d’éviter tassements et écoulements préférentiels le long des parois. Il présente également l’instrumentation mise en œuvre ainsi que le système d’alimentation en eaux usées traitées et le système d’évacuation des effluents en sortie.
• MOTS CLES
Zones de rejet végétalisées, lysimètre, plateforme expérimentale, échantillonnage de sol non remanié
Descriptif du site expérimental ROSEEV après travaux
Rapport final
Nicolas FORQUET, Sara BISONE, Claire BERTRAND
OVERVIEW OF THE EXPERIMENTAL PLATEFORM ROSEEV AFTER WORKS
• ABSTRACT
This report presents the construction steps of the experimental plateform ROSEEV. This plateform is located at Mionnay (01) and has been set up within the framework the ONEMA study on soil-based constructed wetlands for treated wastewater. It aims at studying the long-term effects of treated wastewater infiltration on three different soils. They have been selected to be representative of what could be found near a wastewater treatment plant. The experimental setup consists on three lysimeters. Lysimeters are undisturbed soil monoliths, which mass are continuously monitored in order to obtain accurate water mass balance. This report emphases the sampling step that is crucial to avoid compaction and preferential flows along walls. It also describes the monitoring devices as well as the dosing system that feeds lysimeters with treated wastewater and the drainage system that allows both control of the lower boundary condition and sampling.
• KEYWORDS
Soil-based constructed weltands, lysimeter, experimental plateform, undisturbed soil sampling
L’infiltration d’eau usée traitée dans le sol pour les ZRV
Nicolas FORQUET, Alain
PETITJEAN, Esther BLOEM,
Catherine BOUTIN
SOMMAIRE
1. Introduction ... 7
2. Rappel sur les objectifs du programme ROSEEV ... 7
2.1. Le programme ZRV action 46 ... 7
2.2. Les objectifs du projet ROSEEV ... 10
2.3. Le déroulé de l’étude ... 10
3. L’échantillonnage des lysimètres ... 10
3.1. Trois sols sur trois sites différents ... 10
3.2. Description de la méthode d’échantillonnage ... 12
4. Instrumentation et mise en place sur la plateforme de la Feyssine ... 15
4.1. L’instrumentation des monolithes ... 15
4.2. La plateforme expérimentale ... 17
5. Bibliographie ... 20
6. Table des illustrations ... 20
7
1. Introduction
Une étude bibliographique portant sur l’infiltration d’eau usée traitée dans le sol pour les ZRV a été effectuée dans le cadre du précédent livrable ONEMA (Mai 2014). Quatre conclusions importantes en ressortent :
La zone d’infiltration est amenée à se colmater. Le colmatage physique par les dépôts de MES, de feuilles en décomposition ou encore d’algues semble être le phénomène prédominant. Néanmoins pour des sols très argileux, le gonflement est également un phénomène important à prendre en compte.
Le sol subi des modifications structurales et texturales. Ces modifications peuvent être dues à la dispersion des argiles et à l’entrainement des particules fines.
Il existe des risques de pollution de la nappe. Ces risques sont liés à l’hydraulique, du fait de l’existence d’écoulements préférentiels, mais aussi à la géochimie : en infiltrant de grandes quantités d’eau usée, on modifie les conditions pH et redox ce qui peut conduire au relargage de certains éléments.
Enfin, l’élimination du phosphore par adsorption, qui concentre une partie des attentes, ne peut-être que limitée dans le temps et, là encore, il existe des risques de relargage lors de modifications des conditions d’alimentation.
L’étude ROSEEV a donc été dimensionnée afin d’apporter des éclairages sur ces différents points. L’occurrence d’écoulement préférentiel sera étudiée sur des lysimètres de petite taille (0.17 m²) équipés d’un dispositif d’échantillonnage à compartiments multiples. Le suivi du colmatage, des modifications structurales et texturales ainsi que les phénomènes d’adsorption et de relargage (notamment du phosphore) seront étudiés sur des lysimètres de grande taille (1 m²) suivis sur des durées importantes.
Le présent document décrit les dispositifs expérimentaux après réalisation ainsi que les plans d’expérience. Ce rapport présente également les résultats d’expériences en colonnes préliminaires dont les objectifs étaient de : (i) choisir le mode d’alimentation le plus adapté (alterné ou continu), (ii) ainsi qu’un débit d’alimentation évitant un colmatage trop rapide des systèmes.
2. Rappel sur les objectifs du programme ROSEEV
2.1.
Le programme ZRV action 46
L’objectif global des Zones de Rejet Végétalisées (ZRV) vise à une atténuation de pression des rejets de la station d’épuration sur les milieux aquatiques récepteurs de surface, et ce, tout particulièrement en période d’étiage. Le programme ci-dessous s’intéresse aux attentes suivantes : réduction des volumes d’effluents rejetés et réduction des flux de macropolluants et de certains micropolluants, réduction des germes témoins de contamination fécale.
Sur le territoire français, on compte désormais plus de 500 ZRV, dont les règles de conception et de dimensionnement ne sont pas établies. Une classification selon la nature des matériaux et leur géométrie définit 4 types de ZRV : « prairie », « bassin », « fossés », ou de conception « autre » s’apparentant aux filières d’épuration extensives.
8
Le but de cette action Irstea-Onema est de confirmer et quantifier l’intérêt de tels aménagements en définissant, à échéance de 6 ans, les règles de conception et dimensionnement et les règles d’exploitation de sorte à atteindre les objectifs attendus.
La grande majorité des ZRV est construite sur un sol en place ; une végétation y est présente. L’eau pouvant ruisseler en surface, il existe bien 3 compartiments distincts « eau-sol-plante ». La méthode retenue pour atteindre le but recherché est d’évaluer sous forme de bilans matière le rôle respectif de ces 3 compartiments pour les 4 configurations de ZRV sur le long terme.
L’action ZRV est financée en grande majorité par l’Onema. Elle implique 3 projets scientifiques n° (ROSEEV), n° (BIOTRYTIS) et n° (Marguerittes) qui portent sur les aspects quantitatifs et qualitatifs des différents types de ZRV. Les objectifs scientifiques affichés sont les suivants :
9 Projet ROSEEV
Le Rôle du sol dans les zones de rejet végétalisées
Projet BIOTRYTIS
Les ZRV de types « prairie », « fossé » ou « autre »
Projet Marguerittes Les ZRV de type « bassin »
Objectifs
▫ Déterminer les capacités d’infiltration et les performances de traitement pour 3 sols choisis
▫ Etudier l'influence des modifications texturales et structurales
▫ Etudier l'influence des écoulements préférentiels
▫ Etudier l'influence des modes d’alimentation
Objectifs
▫ Déterminer les performances d’élimination des macropolluants et micropolluants pour 3 types de ZRV (fossé, prairies, autre)
▫ Identifier et hiérarchiser les mécanismes influençant le comportement des polluants (élimination par dégradation, sorption, stockage, relargage par désorption ou hydrolyse)
▫ Déterminer l’influence du type d’eau appliquée (eau résiduaire nitrifiée ou non) sur les performances
Objectifs
▫ Déterminer les performances d’élimination des macropolluants et micropolluants pour 1 type de ZRV (bassin).
▫ Etudier les performances d’élimination des indicateurs de contamination fécale.
▫ Evaluer le rôle du compartiment « végétal » en grandeur réelle (entretien inclus).
▫ Etudier l’impact du temps de séjour sur le fonctionnement et les performances de la ZRV
Site étudié
3 lysimetres d’echelle pilote
Mionnay (69)
Site étudié
6 ZRV d’echelle semi industrielle
Bègles (33), 480 m3/j Site étudié 1 ZRV de grandeur réelle Marguerittes (30), 1000 m3/j Partenaires Irstea Lyon Bioforsk Agence RMC Onema
INSA, ENTPE et INRA en soutien
Partenaires
Irstea (Lyon , Antony) Bordeaux Métropole
Université de Bordeaux (Laboratoire de biogénèse membranaire, Laboratoire de
toxico et physico-chimie de
l'environnement) Agence Adour-Garonne Onema
Partenaires
Irstea (Lyon, Rennes, Bordeaux) Nîmes Métropole Agence RMC Onema Durée 3ans Durée du suivi 3 ans Durée du suivi 3 ans Responsable scientifique Nicolas FORQUET Responsable scientifique Jean-Marc CHOUBERT Responsables scientifiques Catherine BOUTIN Stéphanie PROST-BOUCLE
De manière globale, les retombées opérationnelles attendues seront détaillées via une sous action transversale n° (synthèse générale).
Elles définiront, en fonction des objectifs attendus (réduction des volumes, des flux de macropolluants, des flux de certains micropolluants ou des germes témoins de contamination fécale) et des quatre types de ZRV:
▫ Des éléments de dimensionnement ;
▫ Des contraintes d’exploitation ;
▫ La pérennité des performances dans le temps.
Prairie Fossé
Prairie
Fossé Autre (charbon actif) Autre (zéolite+Argile)
Eau non nitrifiée Eau nitrifiée
Bassin 1
10
2.2.
Les objectifs du projet ROSEEV
Trois objectifs opérationnels ont été fixés dans le cadre du projet ROSEEV :
Evaluer les capacités épuratoires de trois types de sol dans des conditions similaires au fonctionnement d’une ZRV.
Evaluer la pérennité de la capacité d’infiltration et l’évolution des caractéristiques du sol.
Evaluer l’influence des écoulements préférentiels dans le transport de polluants. Afin de répondre à ces objectifs opérationnels, et en nous appuyant sur les résultats de l’étude bibliographique, nous avons décidé de nous focaliser sur les problématiques suivantes :
Comment évoluent la capacité d’infiltration et la qualité du traitement de sols soumis à des alimentations alternées en eau traitée ?
Quelles sont les modifications structurales, texturales et chimiques subies par un sol soumis à des alimentations alternées d’eau usée traitée ?
Pour un type de sol donné, peut-on observer des variations spatiales importantes des flux massiques de solutés suivant la charge hydraulique appliquée ?
Pour un sol donné et pour une charge organique et hydraulique donnée, une alimentation alternée comparée à une alimentation continue permet-elle d’obtenir de meilleures performances en termes de traitement tout en limitant l’impact sur le sol ?
2.3.
Le déroulé de l’étude
Une première étape a consisté dans le choix de sols représentatifs et la caractérisation des sites afin d’échantillonner au mieux les lysimètres.
Ensuite, des essais ont été effectués sur des colonnes en laboratoire sur le sol le plus contraignant en terme d’infiltration (i.e. le sol le plus argileux et ayant la plus faible vitesse d’infiltration). L’objectif était de définir le débit d’alimentation permettant de s’assurer un fonctionnement sans colmatage pendant 4 mois et de choisir le mode d’alimentation le plus avantageux (alimentation continue ou alternée).
L’étape suivante a consisté en l’échantillonnage de 3 lysimètres de 1 m² de surface et de 1,50 m de profondeur et leur installation sur la station d’épuration de Mionnay. Cette étape s’est déroulée du 8 au 20 octobre.
Enfin la dernière partie de l’étude a été entamée avec le suivi de ces lysimètres et l’état zéro.
3. L’échantillonnage des lysimètres
3.1.
Trois sols sur trois sites différents
Trois sites ont été sélectionnés pour l’échantillonnage des lysimètres :
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• A proximité de la station de traitement des eaux usées de Civrieux d’Azergues (69) : Fluviosol sable limoneux
• A proximité de la station de traitement des eaux usées d’Ars-sur-Formans (01) : Fluviosol limoneux
Ces sites ont été choisis en fonction de leur configuration, entre la station et le cours d’eau où le rejet s’effectue, de leur texture et de la conductivité hydraulique mesurée
in situ. Les zones de rejet végétalisées se situant à proximité des stations, le sous-sol
de ces dernières est un mélange entre le sol formé par la dynamique du cours d’eau (Fluviosol) et le remblai de la construction de la station (Anthroposol).
Le terme d’anthroposol est apparu depuis quelques années pour décrire les sols transformés par l’activité humaine. Ce vocable regroupe différents cas allant d’un sol fortement modifié par l’activité rurale (anthroposol transformé) à des sols formés par le dépôt de matériaux rapportés ou artificiels (anthroposols artificiels ou construits). Dans la classification internationale (World Reference Base for Soil Resources), on emploie le terme de technosol qui correspond plus spécifiquement aux anthroposols artificiels et construits (Baize & Jabiol 2011).
Figure 1. Diagramme textural des sites étudiés
Avant l’échantillonnage des lysimètres, la granulométrie (NF X31-107) a été effectuée sur des échantillons en provenance des trois sites prélevés à la tarière entre 20 et 40 centimètres de profondeur. Les résultats, présentés sur le diagramme textural (Figure 1), mettent en évidence les différences texturales entre les sites sélectionnés. Des mesures de conductivité hydraulique à saturation ont également été effectuées in situ. Les résultats sont présentés dans le Tableau 1.
12
Tableau 1. Conductivité hydraulique au champ. Entre paranthèses, le nombre de points de mesure.
Bègles Ars-sur-Formans Civrieux d’Azergues
Kfs (mm/h) 1.1-33 (8)1 0.4-2.8 (3) 22-45 (2)
Enfin, une fois la fosse creusée au moment de l’échantillonnage, une observation pédologique des parois a été effectuée (voir Annexe 1, page 21).
3.2.
Description de la méthode d’échantillonnage
Les lysimètres ont été échantillonnés par une équipe composée de personnel d’Irstea (2 à 3 personnes), par le prestataire (1 personne) en charge de l’échantillonnage UMS GmbH (lauréat du marché n°2015-LYMA-03) et par une entreprise de travaux public (2 conducteurs d’engins). Pour chaque lysimètre, une journée a été nécessaire afin d’effectuer l’échantillonnage. Les monolithes ont été échantillonnés dans des cylindres en acier inoxydable (1.4301) laminé à froid.
La technique d’échantillonnage mise au point par UMS a pour objectifs de :
• Minimiser le tassement du monolithe échantillonné dû à la force appliquée lors de l’échantillonnage,
• Eviter la présence d’inhomogénéité le long de la paroi susceptible de provoquer des écoulements préférentiels.
Figure 2. Echantillonnage des lysimètres : Réalisation de la tranchée
A cette fin, l’échantillonnage se déroule par pallier d’une trentaine de centimètres. (1) Une petite pelle (~ 2 tonnes) creuse une tranchée autour du cylindre (Figure 2). (2) Ensuite, la paroi du lysimètre (à l’aplomb de l’arrête du cylindre) est préparée (Figure
1
Résultats obtenus par la méthode de Porchet, sondage à 40 cm.
Commentaire [NF1]: Ces mesures
13
3). Une attention toute particulière est prêtée à la présence de pierre. Au besoin, ces dernières sont retirées et remplacées par du sol, enfoncées, ou coupées.
Figure 3. Echantillonnage des lysimètres: préparation de la paroi
(3) Une pelle de 20 tonnes sert de contre-poids à un système de verrins posé au sommet du cylindre (Figure 4) qui l’enfonce dans le sol jusqu’en bas de la tranchée. L’opération est répétée jusqu’à 150 centimètres de profondeur.
Figure 4. Echantillonnage des lysimètres : système de poussée
Une fois la profondeur souhaitée atteinte, la base du lysimètre est sectionnée à l’aide de deux lames contrôlées par des vérins (Figure 5).
14
Figure 5. Echantillonnage des lysimètre : coupe de la base du monolithe
Ensuite le lysimètre est retiré de la fosse à l’aide de la pelle de 20 tonnes (Figure 6) et retourné (Figure 7) pour placer les bougies poreuses qui permettront l’évacuation de l’effluent à la base du monolithe une fois ce dernier installé.
Figure 6. Echantillonnage des lysimètres: extraction
Figure 7. Echantillonnage des lysimètres : retournement
Les bougies poreuses sont en carbure de silicium de 40 centimètres de long. Elles sont disposées de façon à faire office de plaque lysimétrique (Figure 8). Le matériau des bougies est identique à celui des bougies installées sur le site Biotrytis et qui a été validé pour sa faible réactivité aux micropolluants. A côté des bougies a été installé un tensiomètre numérique qui permettra d’ajuster le débit de pompage afin de maintenir à la base du lysimètre la consigne en pression que nous aurons fixée.
15
Figure 8. Echantillonnage des lysimètres : mise en place du dispositif de drainage
Une fois les bougies poreuses installées, le monolithe est de nouveau retourné et prêt pour le transport.
4. Instrumentation et mise en place sur la plateforme de la
Feyssine
4.1.
L’instrumentation des monolithes
L’instrumentation des monolithes est composée de :
• 3 tensiomètres numériques (T8, UMS GmbH) disposés à trois profondeurs différentes : -10, -30 et -140 cm. Les deux tensiomètres proches de la surface sont installés de façon à détecter, une fois un régime permanent installé, une éventuelle augmentation du gradient hydraulique d’un cycle d’alimentation à l’autre. Une telle augmentation serait indicatrice d’une réduction de la conductivité hydraulique du média. Le tensiomètre à la base du monolithe sert à l’automate afin de maintenir la consigne fixée.
• 3 sondes mesurant la teneur en eau (5TE, Decagon) disposées à trois profondeurs différentes : -25, -75 et -125 cm. Ce type de sonde ne mesure pas directement la teneur en eau mais la permittivité du milieu environnant (sol + air + eau). La permittivité de l’eau étant bien supérieure à celles de l’air et du sol, il est donc possible d’établir une relation entre la permittivité et la teneur en eau. Ces sondes mesurent par ailleurs la température et la conductivité électrique de l’eau.
• 3 sondes de platine (Paleo Terra) disposées à trois profondeurs différentes : -10, -30 et -80 cm. Ces dernières permettent de mesurer le potentiel d’oxydo-réduction entre elles et une sonde de référence (AgCl) positionnée à la surface du lysimètre (afin de pouvoir la remplacée plus facilement). Les sondes sont connectées à une centrale d’acquisition spécifique ayant une impédance d’entrée très élevée (Hynos III, MVH Consult) et qui évite ainsi toute déviation du signal (sur le long terme) du à la mise en place d’une activité bactérienne sur l’électrode de platine (Vorenhout et al. 2011).
• 3 sondes mesurant l’oxygène (PreSens) disposées à trois profondeurs différentes : -10, -30 et -80 cm. Ces capteurs utilisent le principe d’extinction, en présence d’oxygène, de la fluorescence d’un complexe contenu dans un
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concentration d’oxygène à la proche surface du capteur. Lorsqu’elles sont utilisées en milieu poreux non saturé, comme c’est le cas dans cette application, il n’est pas possible de savoir si la mesure s’effectue dans la phase liquide ou gazeuse (Petitjean et al., in Press). On fait donc l’hypothèse que les
deux phases sont à l’équilibre. Enfin la mesure doit être corrigée en température à partir des données des sondes 5TE.
• 3 bougies poreuses (SIC 20) disposées à trois profondeurs différentes : 10, -30 et -80 cm. Elles permettent d’extraire des échantillons d’eau afin de suivre l’évolution des concentrations le long d’un profil.
Les mesures de potentiel d’oxydo-réduction et d’oxygène peuvent sembler redondantes mais en fait elles sont complémentaires. En condition aérobie (potentiel rédox > 400 mV), le potentiel d’oxydo-réduction varie peu et la mesure de la concentration en oxygène apporte une information plus précise. En milieu réducteur (potentiel redox < 400 mV) à fortement réducteur (potentiel redox < -100 mV), la concentration en oxygène tend vers zéro et la mesure du potentiel d’oxydo-réduction apporte alors plus d’information (Mansfeldt 2003).
17
4.2.
La plateforme expérimentale
La plateforme expérimentale de Mionnay (01) a été conçue pour recevoir trois lysimètres. Elle se situe sur le site de la station de traitement des eaux usées de la commune.
Tableau 2. Caractéristiques de la station de traitement des eaux usées de Mionnay (01)
Capacité (EH) 2000
Type de traitement Boues activées
Coordonnées 45.890347°N, 4.934901°E
Le schéma de principe du fonctionnement des lysimètres est présenté sur la Figure 10. L’eau usée est pompée à partir d’un regard se trouvant à l’aval du point d’auto surveillance de la station. Un regard ( ) a été aménagé à partir duquel l’eau est pompée vers une bâche de stockage. Cette bâche ( ) est équipée d’un agitateur et la qualité de l’effluent stocké est mesurée en continu. Un préleveur peut également être positionné à proximité durant les campagnes de suivi intensives. Les paramètres mesurés sont :
• L’oxygène dissous
• Le pH
• Les matières en suspensions (MES)
• L’ammonium (N-NH4+)
• Les nitrates (N-NO3-)
• La température
L’effluent est alors réparti à la surface des lysimètres à l’aide d’une pompe volumétrique ( & ) et d’un circuit sous-pression alimentant des asperseurs conçus pour l’irrigation avec des eaux usées traitées (www.rolland-sprincklers.com).
Si le débit d’alimentation des lysimètres excède les capacités d’infiltration, un flaquage va se mettre en place. Afin d’éviter un débordement du lysimètre, un système de surverse a été mis en place à 7 cm au-dessus de la surface du sol. L’effluent s’écoulant par la surverse est comptabilisé au moyen d’un auget ( ).
Le lysimètre est suspendu à trois jauges de contrainte pour sa pesée en continu ( ). Les bougies poreuses disposées à la base du lysimètre pour son drainage sont connectées à une pompe péristaltique. Le fonctionnement de cette dernière est commandé par la valeur de la pression capillaire à la base du lysimètre (mesurée par le tensiomètre situé à 140 cm de profondeur). Si la pression capillaire diminue (et donc que la pression de l’eau augmente, pc = pa−pw, avec pc la pression capillaire, pa la pression de l’air, pw la pression de l’eau), la pompe évacue de l’eau du lysimètre vers le réservoir de stockage (). Si la pression capillaire augmente, la pompe injecte de l’eau dans le lysimètre depuis le réservoir de stockage. Le réservoir de stockage est constitué d’un bac en acier inoxydable positionné sur une balance. Ce réservoir de stockage servira de point de prélèvement aux échantillonneurs automatiques lors des campagnes de suivi intensives.
18
Enfin lorsque le bac de sortie atteint une masse consigne, une électrovanne à sa base s’ouvre pour le vidanger. L’eau ainsi évacuée est collectée et re-pompée vers l’aval du point de prélèvement.
19
20
5. Bibliographie
Baize, D. & Jabiol, B., 2011. Guide pour la description des sols, Versailles (France):
Quae.
Mansfeldt, T., 2003. In situ long-term redox potential measurements in a dyked marsh soil. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 166, pp.210–219.
Petitjean, A., Forquet, N., Boutin, C., in Press. Oxygen transfer and clogging in vertical
flow sand filters for on-site wastewater treatment. Journal of Environmental Management, accepted for publication November, the 9th 2015.
Vorenhout, M., van der Geest, H.G. & Hunting, E.R., 2011. An improved datalogger and novel probes for continuous redox measurements in wetlands. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 91(7-8), pp.801–810. Available at:
http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03067319.2010.535123 [Accessed October 30, 2014].
6. Table des illustrations
Figure 1. Diagramme textural des sites étudiés ... 11
Figure 2. Echantillonnage des lysimètres : Réalisation de la tranchée ... 12
Figure 3. Echantillonnage des lysimètres: préparation de la paroi ... 13
Figure 4. Echantillonnage des lysimètres : système de poussée ... 13
Figure 5. Echantillonnage des lysimètre : coupe de la base du monolithe ... 14
Figure 6. Echantillonnage des lysimètres: extraction ... 14
Figure 7. Echantillonnage des lysimètres : retournement ... 14
Figure 8. Echantillonnage des lysimètres : mise en place du dispositif de drainage ... 15
Figure 9. Disposition des points d’accès aux capteurs sur les monolithes ... 16
Figure 10. Schéma de principe du fonctionnement de la plateforme expérimentale. ... 19
Tableau 1. Conductivité hydraulique au champ. Entre paranthèses, le nombre de points de mesure. 12 Tableau 2. Caractéristiques de la station de traitement des eaux usées de Mionnay (01) ... 17
21
7. Annexe 1 : Fiches descriptives des sites
Ars-sur-Formans (01)
Localisation du site
Informations :
Capacité de la STEP (EH) 2250
Année de la mise en route 1994
Maitre ouvrage Communauté des communes Saône Vallée (CCSDV)
Type de traitement BA
Coordonnées GPS 45.990575, 4.818170
22 Caractéristiques du sol
Résumé des informations disponibles :
Texture Limoneux
Capacité d’infiltration 4 points (22-24 Sept 2015)
Texture
Un échantillon prélevé le 5 juin 2015 à la tarière manuelle et l’horizon 0.2 – 0.5 a été prélevé et analysé au laboratoire SAS.
Figure 11. Classification texturale du sol
% argile 15,7 limons fins 20,6 limons grossiers 41,4 sables fins 16,3 sables grossiers 4,2 R.F.U. 64
Risque de battance fort
23 Mesures de la conductivité hydraulique au champ
Résultats des tests d’infiltration, Kfs (mm/h)
Méthode Point 1 Point 2 Point 3
Guelph 0.4 0.1 2.8
Profil pédologique (Ecosylve, J.-M. Boissier)
Commentaire [NF2]: Ces mesures
24
Description
De 0 à 5 cm, horizon 1 - Couleur brun sombre - Texture limono-sableuse - Structure grumeleuse - 5 à 10 % d'éléments grossiers, essentiellement sous forme de graviers - Très nombreuses racines fines (graminées) - Horizon peu compact (faible effort nécessaire à la pénétration de la lame de couteau). A 5 cm, Intercalation d'une couche plus ou moins continue de couleur noir (charbon) de moins de 1 cm d'épaisseur.
De 5 à 15 cm, horizon 2 - Matrice de couleur brun beige avec de rares traces rouilles diffuses – Texture limono-sableuse - Structure polyédrique - Présence d'éléments grossiers, sous forme de graviers (moins de 5%) et de 5 à 10 % de cailloux (galets) formant un "lit" irrégulier à la base de l'horizon - Rares racines fines (graminées) - Horizon compacte (pénétration incomplète de la lame de couteau) - Nombreuses galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres.
De 15 à 40 cm, horizon 3 - Matrice de couleur gris beige avec quelques taches rouilles, de rares traces décolorées diffuses, et quelques plages grisâtres de taille décimétrique - Présence de morceaux de charbon - Texture limono-sableuse - Structure polyédrique - Rares éléments grossiers, essentiellement sous formes de graviers - Absence de racines - Horizon compact (pénétration incomplète de la lame de couteau) - Galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres.
De 40 à 90 cm, horizon 4 - Matrice de couleur brun orangé avec de rares traces rouilles diffuses - Texture limono-sableuse, avec une proportion de sables plus marquée que dans les horizons supérieurs - Structure polyédrique - Absence d'éléments grossiers - Absence de racines – Compacité moyenne (pénétration difficile de la lame de couteau) - Galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres.
De 90 à 150 cm, horizon 5 - Transition graduelle - Horizon fortement marmorisé, avec juxtaposition de nombreuses taches blanc-beige (taille augmentant avec la profondeur) et de traces rouilles noyées dans une matrice beige claire peu marquée - Présence ponctuelle de taches noires (absence de concrétions) - Texture sablo-limoneuse, avec forte proportion de sables grossiers – Structure polyédrique à tendance massive, se désagrégeant rapidement sous la pression des doigts - Moins de 5 % de petits graviers - Quelques galets (taille centimétrique) à la base de l'horizon - Absence de racine - Compacité moyenne (pénétration difficile de la lame de couteau) - Quelques galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres. De 150 à 160 cm, horizon 6 - Horizon discontinu de couleur brun rouille - Texture sablo-graveleuse, avec forte proportion de sables grossiers - Rares agrégats à faible cohésion - Présence d'éléments grossiers, sous forme de graviers (environ 30%) et de quelques galets (environ 10 %) - Absence de racines - Compacité impossible à estimer (éléments grossiers). A 160 cm, horizon 7 - Très forte densité de graviers et galets centimétriques, non carbonatés.
Interprétation
La zone d'étude se situe sur une "terrasse" de pente nulle dominant d'environ 2 mètres le lit actuel du ruisseau du Formans. La carte géologique au 1/50 000 du BRGM (feuille de Villefranche-sur-Saône) indique que les formations géologiques de ce secteur correspondent à des alluvions post-würmiennes de fond de vallée (Fz).
Sur les 40 premiers centimètres (horizons 1, 2 et 3), la présence de charbon, l’hétérogénéité des couleurs, la compacité, la présence localisée d'éléments grossiers, laissent supposer que la surface du sol a été fortement remaniée suite à l'aménagement des abords de la station d'épuration, avec un décapage probable du sol en place, puis l'apport et le nivellement de remblais dont certains éléments (plages grisâtres par exemple) pourraient provenir d'horizons profonds prélevés lors de terrassements.
De 40 à 150 centimètres (horizons 4 et 5), l'augmentation de la profondeur se traduit par : - une augmentation de la teneur en sables ;
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- l'apparition de taches rouilles, puis de taches rouilles "auréolées" de blanc, avec une intensité qui augmente en fonction de la profondeur.
Ces caractéristiques peuvent être interprétées comme des signes d'hydromorphie, avec : - remontées capillaires et précipitation de fer ferrique dans la partie haute de l'horizon 4 (taches rouilles) ;
- redistribution centrifuge du fer (taches rouilles et plages décolorées) et éventuellement exportation de fer ferreux en période de nappe haute (horizon 5 légèrement blanchi).
Les horizons 4 et 5 correspondraient donc à un horizon Go (horizon réductique temporairement réoxydé).
De 150 à 160 centimètres, (horizons 6 et 7), très forte proportion d'éléments grossiers sous forme de sables, de graviers et de petits galets. Cet horizon pourrait correspondre à une intercalation de sables et de graviers, dont la présence est mentionnée dans la notice de la carte géologique de Villefranche-sur-Saône. Sous cette couche d'éléments grossiers, apparition d'une couche plus riche en argiles, très humide et de couleur grise, pouvant correspondre aux "argiles grises" de la notice géologique (cette couche, non visible au niveau du profil décrit, a été observée à un autre endroit de la fosse).
Le sol décrit serait donc formé sur des alluvions riches en limons, avec un fonctionnement lié à une nappe alluviale profonde induisant la présence de signes d'hydromorphie à partir d'environ 40 centimètres de profondeur. A titre indicatif, ce sol pourrait être rattaché aux Fluviosols réductiques du référentiel pédologique (Baize et Girard, 1995), avec un caractère anthropique marqué (décapage des horizons supérieurs et dépôts de remblais).
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Civrieux d’Azergues (01)
Localisation du site
Informations:
Capacité de la STEP (EH) 1500
Année de la mise en route
Maitre ouvrage COMMUNE DE CIVRIEUX D’AZERGUES
Type de traitement BA
Coordonnées GPS 45.867619, 4.717989
Caractéristiques du sol
Résumé des informations disponibles :
Texture Effectué le
Capacité d’infiltration Effectué le 01/07/2015
Texture
Une analyse granulométrique a été effectuée sur un échantillon prélevé le à la tarière manuelle sur la profondeur 0.1 – 0.7m. Selon cette analyse il s’agirait d’un limono-sableux.
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Figure 12. Distribution granulométrique.
% argile 9,6 limons fins 8,9 limons grossiers 19,9 sables fins 29,9 sables grossiers 30,6 RFU 51
Risque de battance faible
28 Mesures de conductivité hydraulique au champ
Résultats des tests d’infiltration, Kfs (mm/h)
Méthode Point 1 Point 2 Point 3
Guelph 22 45
Profil pédologique (Ecosylve, J.-M. Boissier)
Description
Commentaire [NF3]: Ces mesures
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De 0 à 10 cm, horizon 1 - Couleur brun sombre - Texture limono-sableuse - Structure grumeleuse fine - 5 à 10 % d'éléments grossiers, sous forme de graviers et de cailloux - Très nombreuses racines fines (graminées) - Horizon peu compact (faible effort nécessaire à la pénétration de la lame de couteau).
De 10 à 35 cm, horizon 2 - Couleur brun gris - Texture sablo-limoneuse - Structure polyédrique à faible cohésion - Présence d'éléments grossiers, sous forme de graviers (moins de 5%) et de 5 à 10 % de cailloux de nature hétérogènes (galets, débris de briques, morceaux de verre) - Racines fines peu nombreuses - Compacité moyenne (pénétration difficile de la lame de couteau).
A 35 cm - Présence, à la base de cet horizon d'un lit discontinue de sables grossiers, sur 1 à 2 cm d'épaisseur.
De 35 à 55 cm, horizon 3 - Couleur gris sombre - Texture limono-sableuse (sables fins) – Structure polyédrique à faible cohésion - Rares éléments grossiers, sous formes de graviers (moins de 5%) - Quelques racines fines - Horizon compact (pénétration incomplète de la lame de couteau) - Galeries de vers de terre (anéciques).
De 55 à 75-80 cm, horizon 4 - Transition progressive vers une couleur gris beige - Présence diffuse de taches rouilles peu marquées - Texture limono-sableuse (sables fins) - Structure polyédrique à faible cohésion - Rares éléments grossiers, sous formes de graviers (moins de 5%) - Quelques racines fines - Horizon compact (pénétration incomplète de la lame de couteau) - Galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements plus ou moins sombres.
De 75-80 à 110 cm, horizon 5 - Couleur beige, avec présence diffuse de taches rouilles et de taches beige clair peu marquées- Texture sablo-limoneuse, à dominante de sables fins - Présence localisée de lits centimétriques discontinus de sables grossiers et de petits graviers - Structure polyédrique à tendance massive (blocs compacts et anguleux se désagrégeant en petits agrégats fragiles sous la pression des doigts) - Rares éléments grossiers, sous formes de quelques graviers et galets (moins de 5%) - Présence de quelques racines fines circulant dans les galeries de vers de terre - Très forte compacité (pénétration de la lame plus incomplète que sur l'horizon précédent) - Galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements plus ou moins sombres. De 110 à 150 cm, horizon 6 - Passage progressif vers un horizon plus clair, marmorisé, avec juxtaposition de taches blanc-beige et de traces rouilles noyées dans une matrice beige, la densité des taches augmentant avec la profondeur - Présence de taches noires et de rares concrétions (nodules millimétriques noirâtres) - Texture sablo-limoneuse, à dominante de sables fins - Structure polyédrique à tendance massive (blocs compacts et anguleux se désagrégeant en petits agrégats fragiles sous la pression des doigts) - Rares éléments grossiers, sous formes de galets (moins de 5%) - Présence de quelques racines fines circulant dans les galeries de vers de terre - Très forte compacité - Galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres De 150 à 165 cm, horizon 7 - horizon se distinguant du précédent par une marmorisation beaucoup plus marquée, et une compacité moins forte (pénétration incomplète de la lame de couteau).
De 165 à 180 cm, horizon 8 - absence de couleur dominante (juxtaposition de grains de sables de couleurs grises, rouilles, ou brunes plus ou moins sombres) - Présence de taches noires et de rares concrétions (nodules millimétriques noirâtres) - Texture sableuse, avec forte proportion de sables grossiers - Structure particulaire (absence totale de cohésion) - Présence de petits graviers (proportion non évaluée) - Compacité moyenne (pénétration difficile de la lame de couteau). Rares galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres.
De 180 à 190 cm, horizon 9 - horizon fortement marmorisé, avec une alternance de plages décimétriques rouilles ou grises - Texture sableuse, à forte dominante de sables fins – Structure massive à faible cohésion (blocs compacts se désagrégeant rapidement sous la pression des doigts) - Absence visible d'éléments grossiers dans l'horizon. Transition brusque avec l'horizon inférieur - Absence de racines - Compacité moyenne (pénétration difficile de la lame de couteau) - Rares galeries de vers de terre (anéciques) avec revêtements bruns sombres.
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Interprétation
La zone d'étude se situe sur une parcelle de pente nulle dominant de 1 à 2 mètres le ruisseau de l'Azergues. La carte géologique au 1/50 000 du BRGM (feuille de Tarare) indique que la zone d'étude se situe sur des alluvions fluviatiles (la précision de la carte ne permet pas de préciser s'il s'agit d'alluvions récentes (Fyz) ou anciennes (Fx).
Sur les 35 premiers centimètres (horizons 1 et 2), la présence d'éléments d'origine anthropique (brique, débris de verre, ...) laissent supposer que ces 2 horizons correspondent à un apport de remblais, avec incorporation de matière organique (couleur sombre) et structuration d'origine biologique (structure grumeleuse) dans les premiers centimètres.
De 35 à 55 centimètres (horizon 3), la couleur relativement sombre pourrait être induite par la présence de matière organique humifiée. Cet horizon pourrait ainsi correspondre à un horizon organo-minéral (horizon A11) enfoui après l’épandage de remblais cité ci-dessus.
De 55 à 75-80 centimètres (horizon 4), la couleur devient moins sombre, traduisant un appauvrissement en matière organique humifiée. Cet horizon pourrait donc également correspondre à un horizon organo-minéral (horizon A12).
De 75-80 à 165 centimètres, (horizons 5 , 6 et 7), la juxtaposition de taches blanc-beiges et d'auréoles rouilles, dont la densité et l'intensité augmente en profondeur (phénomène très marqué au niveau de l'horizon 7). Ces traits morphologiques peuvent être interprétés comme des signes d'hydromorphie, avec une redistribution centrifuge du fer, et des remontées capillaires et la précipitation de fer ferrique dans la partie haute de l'horizon 5 (voire dans l'horizon 4 où l'on observe quelques taches diffuses de couleur rouille). A noter la présence, surtout dans la partie basse, de taches de taches noires et de rares concrétions (nodules millimétriques noirâtres) pouvant correspondre à des concrétions ferro-manganiques.
Les horizons 5, 6 et 7 correspondraient donc à un horizon Go (horizon réductique temporairement réoxydé).
Remarque : la forte compacité observée ici pourrait être induite par la sécheresse du milieu. En effet, à l'opposé de la face décrite, la fosse montre une paroi relativement humide (l'origine de cette humidité n'a pas été expliquée) avec une compacité moyenne (pénétration assez difficile de la lame du couteau).
De 165 à 190 centimètres et plus, (horizons 8, 9, et 10), superposition de lits sablo-graveleux de faible épaisseur (décimétrique) reposant sur une couche d'éléments grossiers (graviers et galets) dont l'épaisseur n'a pas pu être évaluée. Ces différentes couches (horizon Dsi) présentent des similitudes avec la description des "alluvions anciennes pliocènes ou pléîstocènes, non différenciées" (Fx) faite la notice géologique de la feuille de Tarare, qui correspondent à "des cailloutis arrondis à subanguleux, polygéniques, emballés dans une matrice sableuse grossière avec lentilles de granules ferromanganiques".
Le sol décrit serait donc formé sur des alluvions riches en sables et en limons, avec un fonctionnement lié à une nappe alluviale profonde induisant la présence de signes d'hydromorphie à partir d'environ 70 centimètres de profondeur. A titre indicatif, ce sol pourrait être rattaché aux Fluviosols réductiques du référentiel pédologique (Baize et Girard, 1995), avec un caractère anthropique (dépôts de remblais).
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Biostation Clos de Hilde - Bègles (33)
Localisation du site
Informations :
Capacité de la STEP (EH) 420 000
Année de la mise en route
Maitre ouvrage Suez
Type de traitement Biofiltre
Coordonnées GPS N44°800321, W0°533975
Caractéristiques du sol
Texture
Une analyse granulométrique a été effectuée sur 4 échantillons prélevés entre les profondeurs 0.1 – 1.5m dans les 4 fosses réalisées pour l’échantillonnage remanié pour l’étude sur colonnes.
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Figure 13. Distribution granulométrique.
fosse 1 fosse 2 fosse 3 fosse 4
argile 17,3 22,1 18,5 21,9 limons fins 11,6 14,1 13,7 15,2 limons grossiers 10,1 12,4 11,3 7,9 sables fins 5,6 4,9 5,5 3,4 sables grossiers 53,1 43,9 44,8 31,1 RFU 57 63 60 65 Risque de
battance faible faible faible faible
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Onema Irstea
Centre de Lyon
Hall C – Le Nadar 5 rue de la Doua
5 square Félix Nadar CS 70077
94300 Vincennes 69626 Villeurbanne
01 45 14 36 00 04 72 20 87
87
