Conclusion générale. Conclusion générale

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1 Conclusion générale 299

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3 Les méthodes de traçage proposées dans le cadre du projet européen APUSS pour le mesurage par temps sec de l infiltration et de l exfiltration ont été mises en oeuvre dans le cadre de cette thèse. Le mesurage de l infiltration par traçage naturel des isotopes stables de la molécule d eau, notamment ceux de l oxygène selon la méthode du δ 18 O testée lors d expérimentations réalisées à Lyon et à Nantes a permis d obtenir les résultats suivants : - les estimations de l infiltration obtenues sont du même ordre que celle fournie par la méthode des paramètres de forme D11 spécifique à l infiltration ; - la méthode du δ 18 O permet de détecter le cycle journalier des eaux usées strictes ; - la méthode du δ 18 O montre que le débit d infiltration est variable au cours d une journée et augmente plus particulièrement en période nocturne car la pression d eau sur les collecteurs augmente, ce qui confirme l utilisation des équations de Richards dans certains modèles. La méthode du δ 18 O présente, des avantages certains vis-à-vis des méthodes traditionnelles. L incertitude sur les valeurs estimées de l infiltration est aisément calculable. Cette méthode permet d estimer la fraction d infiltration en un point du réseau sans mesure de débit, uniquement à partir du prélèvement de trois échantillons d eau (eau potable, eau souterraine et eaux usées) soumis à l analyse du δ 18 O. Cette propriété peut être utilisée pour réaliser, à coût relativement faible, un diagnostic rapide des réseaux d assainissement. Une méthodologie d application est proposée. Les conditions d application de la méthode du δ 18 O dépendent du contexte hydrogéologique local, de l origine de l eau potable, de la taille du bassin versant étudié et des effets de saisonnalité. La précision de la méthode du δ 18 O dépend essentiellement de l écart de δ 18 O entre l eau potable et les sources possibles d infiltration. Un écart de 1 semble être suffisant. Sur le Grand Lyon, la méthode du δ 18 O peut être utilisée pour estimer l infiltration en raison des origines différentes de l eau potable et des eaux souterraines liées à la confluence du Rhône et de la Saône et à l exploitation de la nappe alluviale du Rhône pour l alimentation en eau potable. Sur certains secteurs, l écart de δ 18 O entre eau potable et eaux souterraines varie entre 1,5 et 3 selon les saisons. La fraction d infiltration peut alors être estimée avec une incertitude qui varie entre 8 % et 4 % du débit de temps sec. Toutefois, l influence de l hétérogénéité spatiale des valeurs de référence pour l eau potable et principalement pour les eaux souterraines n est pas prise en compte dans le calcul de l incertitude. Cet aspect constitue le principal objectif des futures expérimentations réalisées sur le Grand Lyon. A moindre degré, la précision de la méthode du δ 18 O dépend également de la valeur de la fraction d infiltration. De ce fait, il est conseillé de réaliser le mesurage de l infiltration en période nocturne, période pour laquelle la valeur de la fraction d infiltration est maximale. Si la méthode du δ 18 O ne permet pas de faire la distinction entre infiltrations d eaux souterraines et rejets de pompage d eaux souterraines, la mesure de l infiltration en périodes nocturne et diurne peut permettre d apprécier les proportions respectives de ces deux composantes. A ce jour, la méthode du δ 18 O a été testée à Lyon et Nantes et peut vraisemblablement être appliquée dans d autres villes. Le potentiel d application de cette méthode peut être 301

4 évalué à partir de la base de données isotopiques développée au sein du BRGM, qui regroupe l origine et la valeur du δ 18 O mesuré dans les divers échantillons d eau analysés par différents laboratoires d analyse isotopique. La méthode du δ 18 O ne pouvant pas être systématiquement appliquée, les méthodes traditionnelles d estimation de l infiltration d ECP utilisées classiquement lors d une étude diagnostic de réseaux d assainissement doivent être appliquées par défaut. En moyenne sur les deux études comparatives réalisées respectivement sur les bassins versants de l Yzeron et d Ecully, l écart entre deux valeurs estimées du débit d infiltration d ECP selon deux méthodes spécifiques (débitmétriques, chimiques ou isotopique) est de l ordre de 20 % du débit de temps sec. Les études comparatives réalisées permettent de préconiser l usage de la méthode du débit de temps sec D1 et la méthode des paramètres de forme D11. Ce sont les plus précises et les moins sensibles à des facteurs externes à la mesure du débit. La méthode chimique C3 peut aussi être utilisée mais avec précaution, en particulier dans les réseaux d assainissement qui collectent des effluents industriels. Le calcul de l incertitude associée aux valeurs estimées du volume journalier d infiltration d ECP selon les méthodes traditionnelles D8, D9 et D11 d une part et l étude de la variabilité de l incertitude associée aux valeurs estimées du volume total d infiltration en fonction du nombre du jour de temps d autre part montre qu une étude diagnostic doit avoir une certaine durée. Il semble que 8 à 10 jours de temps sec soient nécessaires afin d obtenir une incertitude acceptable sur le volume total d infiltration et d établir plus rigoureusement la hiérarchisation des apports à l échelle d un bassin versant. Dans les conditions expérimentales propres au bassin versant d Ecully, l incertitude relative associée au volume total d infiltration sur 8 jours de temps sec diminue d un facteur 3 par rapport à celle associée à un volume journalier. Le choix de la méthode d estimation de l infiltration semble avoir peu d effet sur la hiérarchisation établie, comme cela a été observé lors de l étude diagnostic du bassin versant de l Yzeron. L utilisation des méthodes d estimation de l infiltration d ECP dans le cadre de l autosurveillance réglementaire des réseaux d assainissement présente un intérêt pour les gestionnaires. Les données de débit acquises en différents points du réseau permettent d établir un diagnostic général du système d assainissement par la détection de la présence d ECP et par la caractérisation des apports d ECP par sous-bassin versant et de leurs impacts sur différents ouvrages du système d assainissement tels que les stations d épuration, les stations de relevage et les déversoirs d orage. Différents indicateurs sont proposés afin d établir une stratégie de prospection des infiltrations d eaux claires parasites à une échelle spatiale plus fine que le sous-bassin versant par la programmation d études diagnostics et, à terme, la programmation d inspections télévisées. Cependant, la pertinence et l utilité de ces indicateurs doivent encore être étudiées afin de confirmer la faisabilité d une telle approche. La mise en place progressive de l autosurveillance conformément à l arrêté du 22 décembre 1994 met à disposition les données nécessaires pour tester ces indicateurs. Le mesurage de l exfiltration en réseaux d assainissement par traçage artificiel au NaCl selon la méthode QUEST a été testé sur le bassin versant d Ecully. L expérience montre que la réalisation de ce mesurage selon le protocole expérimental de Rieckermann (2003) n est pas aisée. La variabilité du débit et de la conductivité de base des eaux usées influe considérablement sur la mise en œuvre avec succès d une mesure d exfiltration et de l interprétation des résultats. L influence de ce phénomène peut être limitée par la réduction 302

5 du temps de passage des injections de traceur en diminuant le linéaire de tronçon étudié de manière à limiter les effets de la dispersion et de la variabilité de la conductivité de base. Afin de réaliser une mesure d exfiltration dans les meilleures conditions possibles, nous proposons la définition d un scénario expérimental établi à partir des résultats obtenus lors d un l essai préliminaire qui permet d apprécier les instants auxquels les injections de référence et de mesure doivent être réalisées afin d éviter les risques de chevauchement des signaux de conductivité qu elles génèrent. Toutefois, les avantages de ce scénario expérimental demeurent limités car la reproductibilité des conditions expérimentales observées lors de l essai préliminaire n est pas garantie. L utilisation d un deuxième conductimètre disposé dans l écoulement au niveau du regard d injection de référence est conseillée afin de contrôler le passage de l injection de mesure réalisée en amont. Les injections de référence sont alors effectuées après le passage de l injection de mesure, dès que le retour à la conductivité de base initiale est observé. La problématique liée à la conductivité de base des eaux usées peut être résolue en utilisant de traceurs artificiels qui présentent une concentration négligeable ou nulle dans les eaux usées. Pour cela, des protocoles expérimentaux pour le mesurage de l exfiltration par traçage artificiel au Lithium et à la Rhodamine WT sont en cours de développement dans le cadre du programme de recherche européen APUSS (Rieckermann, 2002). Les expérimentations réalisées sur le bassin versant d Ecully permettent d évaluer l ordre de grandeur du taux d exfiltration sur un collecteur présentant un linéaire de 1 km. Les trois campagnes de mesures réalisées entre juillet et novembre 2003 montre que le taux d exfiltration varie de 2 à 17 %. De manière générale, il tend à diminuer de juillet à novembre indiquant peut être une variabilité saisonnière du taux d exfiltration en fonction des conditions hydriques dans la tranchée d assainissement et le sol encaissant. Des campagnes de mesure sur le long terme sont nécessaires afin de mieux étudier ce phénomène. Une approche pour le calcul de l incertitude associée à la valeur estimée du taux d exfiltration est proposée. L ordre de grandeur de l incertitude absolue est relativement faible, ce qui indique que la méthode présente un seuil de détection peu élevé. Dans le cadre des expérimentations réalisées sur le bassin versant d Ecully, l incertitude associée à une valeur estimée du taux d exfiltration est de l ordre de 1 %. Cet ordre de grandeur est spécifique au mode de calcul de l incertitude qui est proposé et au protocole expérimental utilisé. Des améliorations peuvent être apportées, notamment la prise en compte de la variabilité de la conductivité de base lors du passage d un signal de référence ou de mesure et la prise en compte de l incertitude liée au choix du début et de la fin des pics de conductivité. L expérience acquise par les différents utilisateurs de la méthode dans le cadre du projet APUSS et les divers résultats obtenus permettront de mieux évaluer la précision d une mesure d exfiltration par traçage artificiel au NaCl. Le coût de cette méthode de mesure de l exfiltration est négligeable par rapport au coût de réhabilitation. Elle peut donc être utilisée par les gestionnaires de réseaux d assainissement d une part pour évaluer la performance de leurs ouvrage vis-à-vis de l exfiltration et son impact sur les eaux souterraines, et d autre part pour adopter des stratégies de réhabilitation efficaces du point de vue environnemental. Comme pour l infiltration, une stratégie de détection des exfiltrations est proposée. Cette approche reste subjective car elle consiste à identifier des tronçons potentiellement exfiltrant qui présentent un risque pour les milieux récepteurs et sur lesquels la méthode QUEST par traçage artificiel au NaCl peut être appliquée. 303

6 Le mesurage de l infiltration et de l exfiltration en réseaux d assainissement n est pas aisé. Il n existe pas de méthodes idéales mais un ensemble de méthodes qui peuvent être appliquées simultanément et rigoureusement en fonction des conditions expérimentales propres au site étudié. Les perspectives de recherche après ce travail de thèse sont dans le cadre du projet APUSS, l amélioration du protocole de calcul de l incertitude sur une mesure d infiltration ou une mesure d exfiltration respectivement par traçage naturel et traçage artificiel, et la mise en œuvre des méthodes de mesure sur d autres sites expérimentaux afin de mieux évaluer leurs conditions d emploi et de validité respectives. Plus de précisions seront apportées dans le rapport final du projet APUSS. D autres perspectives de recherche sont également envisageables : - l utilisation des données de l autosurveillance réglementaire des réseaux d assainissement pour le mesurage en continu de l infiltration et la mise en œuvre de stratégie de réhabilitation ; - l utilisation du traçage naturel des eaux en hydrologie urbaine pour d autres problématiques comme la quantification des rejets par temps de pluie d eaux usées strictes dans les milieux récepteurs (cours d eau périurbains). 304