Gestion des eaux pluviales : l ouvrage de stockage et de traitement des eaux pluviales du SIDARVAL

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1 LE THÈME DU MOIS RÉSEAUX Gestion des eaux pluviales : l ouvrage de stockage et de traitement des eaux pluviales du SIDARVAL Vue panoramique du bassin de traitement lamellaire. Pascal Guasp, L Eau Pure et Antoine Morin, Hydroconcept ABSTRACT Rainwater management: the SIDARVAL rainwater storage and treatment structure. The Vallière River Sanitation Union (SIDARVAL) issued, in the autumn of 2002, an invitation to tender concerning the construction of a storage and treatment structure for rainwater collected from the Lons le Saunier community (Jura). The president of the SIDARVAL assigned this project, Le Syndicat Intercommunale d'assainissement de l Agglomération Lédonienne (SIDARVAL) a lancé à l automne 2002 un appel d offres pour la construction d un ouvrage de stockage et de traitement des effluents urbains collectés sur l agglomération de Lons le Saunier (Jura). Le président du SIDARVAL a attribué par lots cette réalisation de plus de 3 millions d euros d investissements aux entreprises suivantes : Spie-Citra, Jura TP pour les canalisations, Solétanche-Bachy et Caniotti respectivement pour les fondations spéciales et le génie civil et enfin l Eau Pure et Hydroconcept pour le traitement de l eau. Le projet consiste à traiter les effluents unitaires en pointe à 1.2 m 3 /s au sein d un ouvrage circulaire (30 m de diamètre) fermé et enterré (8 mètres de profondeur) comprenant un étage de décantation lamellaire mobile et un dispositif de nettoyage automatique du radier du bassin par flots de chasse. La maîtrise d œuvre du chantier est assurée par la société Sogreah pour la durée de la réalisation, soit environ 12 mois. Le présent article décrit brièvement les technologies mises en œuvre pour réaliser un abattement significatif de la pollution collectée et le savoir faire dans le montage et l automatisation d équipements électromécaniques (pompage, dégrillage, instrumentation, vannes, désodorisation ) développée par Hydroconcept et l Eau Pure. of nearly 3 million Euros in investments, in lots to the following companies: Spie-Cintra and Jura TP for conduits, Solétanche-Bachy and Caniotti for special foundation and civil engineering work respectively and finally l Eau Pure and Hydroconcept for water treatment. The project consists in treating rainwater, reaching a peak of 1.2 m3/s, within a closed and buried circular structure (30m diameter) comprising a mobile lamellar sedimentation stage and an automatic basin bottom flush cleaning device. Project management is ensured by the company Sogreah for the duration of work, that is to say approximately 12 months. The present article briefly describes the technologies implemented to achieve significant reduction of collected pollution and the know-how involved in the assembly and automation of the electromechanical equipment (pumping, screening, instrumentation, valves, odour control) developed by Hydroconcept and l'eau Pure L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 268

2 L a pollution apportée lors d épisodes pluvieux par les rejets des collecteurs pluviaux ou les surverses des déversoirs d orage placés sur les réseaux unitaires, est aujourd hui bien connue ❶. Les rejets urbains par temps de pluie constituent des volumes d eau et des sources de pollution considérables comparés aux rejets par temps sec. C est pourquoi la loi sur l eau n 92-3 du 3 janvier 1992 et ses décrets d application imposent une prise en compte accrue de ces rejets. Les études entreprises à ce jour démontrent que cette pollution est fixée en grande partie sur des matières solides en suspension (M.E.S.) qui décantent généralement assez bien ❷. L obtention d un abattement significatif de la pollution implique néanmoins le piégeage de particules solides dont le diamètre est très faible : inférieur à 100 µm, voire inférieur à 50 µm. Schéma : Vue en plan Intercepter la pollution Le traitement de la pollution pluviale urbaine implique donc prioritairement l interception des M.E.S. Ce piégeage peut être obtenu après un temps de stockage suffisamment long dans un ouvrage de retenue, ou bien par simple décantation au fil de l eau. Les rejets pluviaux peuvent donc être traités dans des ouvrages de retenue, ou bien au fil de l eau dans des ouvrages de traitement plus compact comme les décanteurs lamellaires, ou bien encore par une combinaison des deux, comme c est le cas ici pour le décanteur du SIDARVAL. Afin de préserver le milieu naturel, le maître d ouvrage doit prendre en considération l efficacité d interception des matières polluantes, mais également l efficacité du traitement proprement dit ❸. L efficacité d interception correspond au pourcentage de matières polluantes qui traverseront l ouvrage de traitement rapportée à la masse totale de pollution qui était antérieurement rejetée par les déversoirs d orage vers la rivière la Vallière. Cette efficacité pouvant être exprimée par épisodes pluvieux ou bien pendant une période donnée, comme par exemple un an. L efficacité du traitement correspond à l abattement sur la charge entrante en matière polluante. L efficacité du traitement dépend des caractéristiques techniques du décanteur : surface de décantation mise en œuvre, distance entre les lames, inclinaison des lames, etc. Contraintes hydrauliques Mais l efficacité du traitement dépend surtout de considérations hydrauliques telles que la répartition équitable des effluents sur toute la surface de décantation et l obtention d un régime d écoulement laminaire entre les lames. En effet, l hypothèse d équirépartition est supposée vérifiée lors du calcul de la structure lamellaire. Quant au régime d écoulement, s il n est pas établi, les turbu- Schéma : Coupe transversale N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 33

3 lences viendront contrarier la décantation, voire remettre en suspension les matières déposées sur les lames. Traitement de la pollution Le piégeage des matières polluantes plus denses que l eau est obtenue par une séparation gravimétrique entre lames disposées inclinées par rapport au plan horizontal. L emploi de lames permet de découper le volume de l ouvrage en petits volumes élémentaires, afin de réduire la trajectoire horizontale qu une particule doit parcourir avant d être retenue dans le système. Plus l espace entre lames est réduit, plus on piège de particules, et de ce fait, plus on retient de matières polluantes à la surface des lames. On comprend aisément qu un bon décanteur est un décanteur dans lequel on doit pouvoir nettoyer toute la surface des lames, et curer régulièrement les boues. Ce qui implique de prendre en compte dès l origine du projet les contraintes d exploitation. Structure à contre courant Dans le cas du décanteur mis en œuvre pour le SIDARVAL, l alimentation de la structure lamellaire se fait par le dessous. La circulation de l eau à travers la structure lamellaire s effectue depuis le bas vers le haut. Le déplacement des matières polluantes s effectue en sens inverse sous l effet de leur poids (poids > poussée d Archimède) pour les matières plus denses que l eau. Ou bien dans le même sens, pour les matières moins Montage des lamelles sur leur cadre mobile. denses que l eau sous l effet de la poussée d Archimède (poids < poussée d Archimède). Ce type de décantation est appelée décantation lamellaire à contre courant ou à flux vertical. L ouvrage décanteur du SIDARVAL comprend 5 couloirs de décantation. Dans chacun des couloirs, une structure lamellaire de 134 lames de 2,30 m de hauteur par 3,36 m de largeur a été installée. Les lamelles sont constituées de plaques en PVC ondulé, fixées sur un cadre en acier inox. La surface de décantation offerte par chaque structure lamellaire est de 1356 m 2, soit 6780 m 2 pour l ensemble de l ouvrage. La vitesse de sédimentation, limite au-dessous de laquelle les matières polluantes ressortent de la structure, est donc très faible; de l ordre de 0.85 m/h. Cependant, le cahier des charges prévoit prudemment de neutraliser 12 % de la surface de décantation, afin de prendre en compte une hauteur de lame nécessaire à l établissement d un régime d écoulement laminaire. La surface de décantation active doit donc être ramenée à m 2, ce qui correspond à une vitesse limite de sédimentation de 0.97 m/h. L abattement sur la charge en MES escomptée dans le cahier des charges est de 80 %. Les préleveurs installés dans le canal d entrée et dans la goulotte d évacuation des eaux claires après traitement, ainsi que les sondes de mesures hauteur-vitesse, permettront d établir un bilan et de connaître précisément les performances de l ouvrage. Vue des pompes d'eaux brutes immergées en fond de bassin. La structure mobile M.E.S.I. La particularité des cinq structures lamellaires qui ont été installées dans l ouvrage du SIDARVAL, réside dans le fait que ses lames sont dans une position verticale quand l ouvrage est vide, et qu elles viennent s incliner jusqu à l angle voulu, ici 45, lorsque l ouvrage se remplit d eau. Pourquoi un tel dispositif? En premier lieu, parce que l espace libre entre les lames est plus grand en position verticale (11 cm) qu en position inclinée (7.8 cm). Par conséquent, il est plus facile de diriger un jet d eau sous pression pour nettoyer la surface des lames. De plus, l ouvrage étant vidé après chaque pluie, les dépôts dont l aspect est semblable à celui d une boue liquide, glissent plus facilement au fond de l ouvrage lorsque les lames sont en position verticales L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 268

4 Armoires de contrôle et synoptique pour le Sidarval Pour cela, les cadres des lames sont munis d axes de pivotement. Les axes sont engagés dans des orifices régulièrement espacés et qui ont été percés dans des rails support. La commande d inclinaison des lames est assurée par l emploi de flotteurs. Des fers de liaisons relient l ensemble des lames les unes aux autres. Comme on le voit, cette structure est modulaire. Elle offre un très gros avantage lors de l approvisionnement et du montage des structures. En effet, l approvisionnement des 25 tonnes de pièces que composent les cinq structures, n est possible qu avec le concours actif de l emprise de génie civil. La phase d approvisionnement doit être parfaitement planifiée afin de ne pas ralentir l avancement des travaux. Les contraintes de l entreprise de génie civil (coffrages, étais, échafaudages, etc.) réduisent l emprise déjà restreinte qui est disponible dans l ouvrage. Il est donc beaucoup plus simple de manutentionner et de stocker des lames rangées à plat sur des palettes, plutôt qu une structure partiellement assemblée. De plus, le déplacement des lames sur leurs rails support permet, si nécessaire, de dégager un espace de travail pour enlever et remplacer des lames qui pourraient endommagées au cours du temps. Exploitation Le nettoyage des lames est effectué à l aide d un jet d eau sous pression. Deux nacelles mobiles, suspendues par des chariots à des rails de roulement, permettent de couvrir la totalité de la surface du décanteur pour le nettoyage des lames. Les dépôts chutent sur le radier qui est aménagé en 5 canaux. A l amont de chacun des canaux est disposé un réservoir d eau de rinçage munit d une trappe de chasse. Après chaque vidange, et à l issue des opérations de nettoyage, les trappes de chasse s ouvrent successivement. Des flots de chasse puissants entraînent les dépôts jusqu à la fosse de collecte et de pompage des eaux chargées. La mise en œuvre des équipements électromécaniques Le chantier du SIDARVAL comprenait plusieurs difficultés : un ouvrage à réaliser dans des délais courts, un travail de montage en milieu confiné et des équipements lourds à manœuvrer. Pour réussir à relever ces challenges, l Eau Pure, PME jurassienne indépendante, a du mettre en place une organisation interne adaptée au chantier et une logistique poussée en liaison avec ses fournisseurs et sous traitants. Un ouvrage à réaliser dans des délais très courts Les délais de réalisation étaient effectivement courts, en particulier ceux concernant le lot équipements électromécaniques (4 mois et demi) intervenant en fin de chantier après une phase de terrassement et de construction relativement longue (6 à 7 mois). Pour ce faire, L Eau Pure a mis en place deux équipes en parallèle, comprenant d une part des spécialistes de l électricité pour la pose des armoires et du câblage des ouvrages et de l autre, une équipe de tuyauteurs/monteurs en charge du montage des principaux équipements. Leur préparation en atelier (soudure des pièces métalliques et précâblage des armoires) ainsi que des interventions des deux équipes planifiées chaque semaine ont permis de réduire le temps d installation du matériel dans son ensemble. Un espace confiné Installer dans un bassin circulaire de 30 mètres de diamètre et de 8 mètres de profondeur, une batterie de pompes (7 principales), 2 dégrilleurs, un système de désodorisation, une série de vannes et de capteurs de mesure (débit, niveau, détecteurs de gaz ) et 4 armoires électriques pour piloter le tout sur trois niveaux différents, demande de la rigueur dans l organisation du chantier. L ouvrage a été en effet pratiquement fermé dès le montage des équipements pour des raisons de sécurité. Il a alors fallu placer les N L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - 35

5 équipements lourds (5 unités de pompage d eaux brutes de 300 l/s d une tonne chacune) dans leur emplacement grâce à un monte-charge intégré à l ouvrage et réserver un passage suffisant au sein des galeries de service. De même, dans la fosse d arrivée d eaux brutes, les pompes devaient pouvoir être relevées en permanence sans effort humain. Par ailleurs, pour tenir le planning imposé par le SIDARVAL, l Eau Pure a dû mettre en place un programme de coordination de ses fournisseurs et de ses sous-traitants. Par exemple, s assurer que l ensemble des équipements de sécurité (garde corps, trappes d accès, échelles ), étaient posées dès le début du montage du matériel pour éviter tout aléa dans la pose des équipements ; vérifier également que les liaisons hydrauliques (tuyauteries inox ou canalisation béton de 200 à 800 mm de diamètre) étaient prêtes avant les premiers essais en eau; s assurer enfin que le câblage électrique et la mise en place des armoires de puissance étaient effectives avant les essais mécaniques des équipements tournants. L Eau Pure a ainsi confié la programmation et la réalisation des 4 armoires de puissance et de contrôle à Fluides & Automation, spécialiste de l automatisme appliqué à l hydraulique. (voir ci avant la photo des armoires en cours d installation dans le bassin) Conclusion En définitive, deux PME comme Hydroconcept et l Eau Pure, avec une dizaine de techniciens au total, ont réussi en moins de 4 mois à monter l ensemble de leurs équipements : unités lamellaires, chasse d eau, passerelles d inspection pour Hydroconcept ; pompage eau brute, prétraitement mécanique, pompage eau traitée et boues collectées, instrumentation, équipements de sécurité et de levage, électricité et automatisme, système de désodorisation pour l Eau Pure. Ces deux entreprises ont respecté, à moindre coût, les objectifs de qualité imposés par le cahier des charges : - fourniture d acier inox ou d aluminium pour l ensembles des pièces métalliques et tuyauteries présentes dans l ouvrage (en raison de la présence potentielle de gaz corrosif comme le H 2 S); - une bonne ventilation des locaux et un traitement des gaz fiable, par voie biologique (désodorisation par charbon actif); - un niveau de sécurité élevé programmé pour les opérateurs, obtenus grâce à une automatisation poussée du fonctionnement des ouvrages et une faible intervention des équipes de maintenance dans cet ouvrage confiné. Références bibliographiques ❶ Saget A Base de données sur la qualité des rejets urbains par temps de pluies. Distribution de la pollution rejetée. Dimension des ouvrages d interception. Thèse de doctorat de l École Nationale des Ponts et Chaussées. ❷ Chebbo G Solides des rejets urbains par temps de pluies : caractérisation et traitabilité. Thèse de doctorat de l École Nationale des Ponts et Chaussées. ❸ Bertrand-Krajewsky J.-L., El-Jawhari A., Chebbo G., Dimensionnement des ouvrages de traitement des rejets urbains de temps de pluie. Rapport de recherche pour l Agence de l Eau Seine Normandie, n L EAU, L INDUSTRIE, LES NUISANCES - N 268