Autosurveillance. Mesure en continu de la turbidité sur un réseau séparatif d eaux usées : mise en œuvre et premiers résultats

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1 Mesure en continu de la turbidité sur un réseau séparatif d eaux usées : mise en œuvre et premiers résultats Continuous monitoring of turbidity of wastewater in a separate sanitary sewer: practical set-up and first results M. Aumond 1,2, C. Joannis 1,2 1 Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Division Eau & Environnement, route de Bouaye, BP 4129, Bouguenais cedex, France 2 Groupement pour l évaluation des mesures en continu en eaux et assainissement, 149, rue Gabriel Péri, Vandoeuvre Les Nancy, France The feasibility and interest of a continuous monitoring of turbidity as an indicator of the pollution conveyed by wastewater has been checked on a pumping station, servicing a separate sanitary sewer with a total length of 17 km. On the basis of preliminary recordings, performed with a high sampling frequency and two redundant sensors, a real time filtering procedure has been designed, which discards most of irrelevant data. Wastewater turbidity has then been recorded with a hourly time-step over a period of several months, which provided interesting data on dry-weather pollution patterns, and the effect of rain events on pollution discharge. Turbidity also proved to be useful to assess infiltration flow-rates into sewers, even when they change rapidly, as a consequence or rain events. I INTRODUCTION La pollution des rejets urbains de temps de pluie est un enjeu majeur pour la restauration de la qualité des rivières et fait l objet de nombreuses études basées sur des campagnes de prélèvement et d analyses sur des réseaux unitaires. Malgré les principes qui président à leur conception, les réseaux séparatifs eaux usées ont eux aussi un comportement spécifique par temps de pluie : ils collectent des débits parasites qui génèrent des débits tels qu ils peuvent provoquer des surverses, en particulier au niveau des postes de relèvement (Joannis & al., 2005). En outre, dans la plupart des agglomérations, l évolution historique des réseaux (centre ancien unitaire, recevant des secteurs périphériques en séparatif) génère toutes les configurations intermédiaires entre un réseau 100 % unitaire et un réseau (imparfaitement) séparatif. Nous nous sommes donc intéressés au suivi de la qualité d un réseau séparatif eaux usées par temps de pluie. Comme les débits observés par temps de pluie sont sans commune mesure avec ceux d un véritable réseau unitaire, les débits et les flux de temps sec jouent un rôle important, et un suivi continu semblait le plus à même d appréhender tous les contextes de fonctionnement du réseau. La plupart des paramètres de pollution normalisés, tels que les Matières En Suspension ou la Demande Chimique en Oxygène préconisés dans le cadre de l autosurveillance des réseaux, ne peuvent être mesurés que par des analyses de laboratoire effectuées sur des prélèvements. Cette méthode s avère très coûteuse si un taux d échantillonnage élevé est requis. Certains analyseurs de terrain permettent de réaliser un suivi quasi continu, mais les coûts d investissement et d exploitation restent élevés. En revanche des paramètres moins conventionnels, et en particulier la turbidité, méritent d être pris en considération. Certes la conversion en paramètres classiques de pollution n est pas très précise, voire aléatoire, mais la turbidité constitue en elle-même un indicateur de pollution, et elle se prête bien à une mesure en continu pour un coût réduit (Ruban & al., 2001 ; Veldkamp & al., 2002 ; Henckens & al., 2002). Cet article comporte deux parties : la mise en œuvre de la mesure en continu de la turbidité, et l interprétation des résultats obtenus. Dans la première partie, le chapitre «matériels et méthodes» donne une description générale du site de mesure, du matériel employé et des différentes stratégies d acquisition mises en œuvre. Le chapitre suivant détaille les perturbations observées sur le signal brut de turbidité, et précise la méthodologie appliquée pour concevoir et valider une procédure simple de filtrage. Cette procédure permet d éliminer la plu- 121

2 part des artefacts tout en préservant la dynamique du signal de turbidité «vraie». La deuxième partie de cet article présente deux exemples d interprétation de données turbidimétriques enregistrées en continu sur une longue période. Le premier s appuie sur une analyse des flux de pollution en temps sec pour mettre en évidence par différence l impact des événements pluvieux. La deuxième application met à profit la mesure en continu d une concentration pour évaluer des débits d eau parasites d infiltration. Ces deux types d analyse sont appliqués ici à un réseau séparatif d eaux usées, mais ils peuvent être transposés au cas de réseaux unitaires. II MATÉRIELS ET MÉTHODES Les données proviennent d un réseau séparatif d eaux usées d une longueur totale de 17 km, et desservant environ habitants en zone périurbaine de l agglomération nantaise. Le site de mesure est une station de pompage, d une capacité de 180 m 3 /h. Neuf autres postes de pompage sont présents à l amont. Le poste aval est équipé d un dégrillage automatique à l entrée, et d un débitmètre électromagnétique sur la sortie. Des turbidimètres ont été fixés sur une tige verticale, dans la bâche de relèvement, en face de l arrivée des effluents dégrillés. Il s agit de turbidimètres Turbitech fabriqués par la société Partech. Ces capteurs mesurent la turbidité sur une gamme de 0 à FAU (Formazin Attenuation Unit), avec une précision de 10 FAU, par atténuation d un faisceau infrarouge à 950 nm. Les mesures sont enregistrées sur une centrale d acquisition AOIP SA 32, qui dispose de capacités de traitement en temps réel avant stockage. L échantillonnage brut s effectue à un pas de temps voisin de 0,3 s, et les résultats prétraités peuvent être enregistrés avec des pas de temps de 0,3 s à 24 h. La capacité de stockage local est de valeurs, et les données sont régulièrement transférées vers un ordinateur portable. La turbidité est utilisée en tant que telle, sans chercher à la convertir en MES ou DCO. Elle est exprimée en FAU, et après multiplication par un débit, fournit une valeur de flux exprimée dans une unité peu conventionnelle (FAU x m 3 /h). Deux stratégies d acquisition ont été utilisées au cours de cette étude. La première a été appliquée à l analyse détaillée des signaux bruts, pour concevoir un filtrage en temps réel efficace. Elle comporte deux turbidimètres identiques placés côte à côte dans la bâche de pompage (redondance matérielle), avec un enregistrement au pas de 0,3 s. Les données ainsi recueillies couvrent une durée totale de 11 jours et fournissent les résultats présentés dans la première partie de cet article. Cette première stratégie fournit des masses considérables de données (près de 10 6 valeurs par jour!) et ne peut pas être utilisée en routine. Aussi une autre stratégie a été utilisée pour mesurer en continu la turbidité pendant un an et demi. Ce suivi était l objectif initial de l étude, et a été entrepris avant l étude détaillée du signal brut. Il n a donc pas pu bénéficier de la procédure de filtrage en temps réel mise au point. Mais une procédure empirique a été mise en œuvre, qui s est avérée a posteriori être assez efficace et a fourni des données présentées dans la deuxième partie de cette communication. Cette stratégie d acquisition n utilise qu un turbidimètre (pas de redondance) et enregistre au pas de temps d une heure la moyenne des 12 minimums observés sur des intervalles de 5 minutes. Les turbidimètres utilisés nécessitent peu de maintenance, grâce à un système d autonettoyage qui s est avéré efficace. Un nettoyage mensuel a été suffisant sur ce site. III MISE AU POINT D UNE PROCÉDURE DE FILTRAGE DU SIGNAL FOURNI PAR UN TURBIDIMÈTRE III.1 Nécessité d un filtrage des données brutes Outre les stratégies présentées dans la section précédente, des enregistrements préliminaires ont été réalisés sur le site expérimental, et ont montré que l acquisition directe de valeurs moyennes sur des pas de temps de quelques minutes produisait des enregistrements très «accidentés», présentant de nombreux pics vers le haut. Ces pics aléatoires pourraient être dus à des artefacts, tels que la présence temporaire dans le faisceau de mesure d obstacles de taille incompatible avec une mesure de turbidité. Cependant, des variations réelles et rapides de concentration ne sont pas à exclure, et justifient en partie l utilisation d une mesure en continu. Pour faire la distinction entre ces deux possibilités, la première stratégie d acquisition décrite dans la section «Matériels et méthodes» a été mise en œuvre. Elle a fourni des enregistrements très détaillés, où apparaissent des pics très probablement dus à des artefacts : d une durée de quelques secondes, pouvant parfois atteindre plusieurs minutes, ils présentent des fronts montants et descendants très raides, et apparaissent indépendamment sur l un ou l autre des deux turbidimètres redondants. La figure 1 illustre ce phénomène. Ces pics sont moins fréquents lorsque la turbidité est faible (la nuit), et sont très sensibles à des détails d implantation Figure 1 : Pics dus à des artefacts sur un des turbidimètres. 122

3 MESURE EN CONTINU DE LA TURBIDITÉ SUR UN RÉSEAU SÉPARATIF EAUX USÉES des capteurs : par exemple une rotation de 30 de l orientation de la cellule de mesure augmente sensiblement leur fréquence. Ils peuvent être dus à des grosses particules qui occultent plus ou moins complètement le faisceau de mesure (d un diamètre voisin de 5 mm). De telles occultations ne relèvent pas de la turbidité proprement dite mais plutôt du comptage de particules. Il faut souligner que les occultations restent partielles (les valeurs atteignent au maximum FAU de turbidité apparente alors que la gamme de mesure est de FAU) et que la durée des artefacts est bien supérieure au temps nécessaire à une grosse particule pour traverser le faisceau de mesure (estimé à environ 0,1 s). Ces artefacts doivent donc correspondre à une forme de colmatage temporaire et partiel. Pour évaluer l impact de ces artefacts sur le résultat de la mesure, il faut une chronique de référence, la plus proche possible du véritable signal de turbidité indemne d artefacts. Une telle référence a été construite, au pas de temps de une minute, en prenant la moyenne de toutes les paires de valeurs concordantes fournies par les deux turbidimètres redondants. Une paire de valeurs concordantes correspond à deux valeurs mesurées au même instant, et présentant une différence inférieure à un seuil arbitraire. Des seuils de 10 et 50 FAU ont été testés, et la valeur de 50 FAU a été retenue. Lorsque, pour une minute donnée, le nombre de paires concordantes est trop faible (moins de 10 % de l effectif total), la valeur enregistrée au pas de temps précédent est recopiée. La figure 2a montre la chronique de référence au pas de temps de la minute sur une journée. On remarque la présence de pics réels, puisqu ils sont observés en même temps sur les deux turbidimètres. Ces pics présentent en général une forme bien différente de celle des artefacts, avec une dynamique moins rapide, en particulier à la descente, et des durées plus longues (quelques minutes). Mais certains d entre eux peuvent présenter un front montant très raide, comme le montre la figure 4 présentée plus loin. Cette caractéristique devra être prise en compte dans la procédure de filtrage. Par ailleurs les pics sont moins fréquents la nuit, lorsque la turbidité est plus faible : la figure 2b montre une corrélation statistiquement significative entre la dispersion des valeurs instantanées pendant une minute donnée et la moyenne de ces valeurs. Les fonctions de répartition des écarts entre les valeurs brutes instantanées et les valeurs de référence à une minute, et de la durée des artefacts (laps de temps où l écart entre valeurs brute et de référence reste supérieur au seuil de +50 FAU) sont données par la figure 3. L écart moyen est de 26 FAU, et le fractile 90 % est de 50 FAU. Les valeurs négatives sont rares et ne dépassent pas 20 FAU : elles relèvent des variations aléatoires. Il faut noter que toutes ces valeurs sont conservées si on effectue des moyennes des données brutes et des données de référence à des pas de temps plus longs (une heure par exemple), et qu elles représentent une erreur non négligeable : 12 % en moyenne, et plus de 25 % pour 10 % des valeurs horaires. 95 % des artefacts ont une durée inférieure à la seconde et moins de 1 % dépassent 30 secondes. Figure 2 : (a) moyennes et (b) écarts-types des valeurs concordantes issues de deux turbidimètres redondants pour une minute donnée. (a) distribution des amplitudes des artefacts (b) distribution des durées des artefacts 50% 100% 40% 80% > 30 s : 0.91 % fréquence 30% 20% 10% fréquence 60% 40% 20% 0% 0% turbidité FAU durée (sec) Figure 3 : a) distribution des différences entre les valeurs enregistrées au pas de temps de 0,3 s et les valeurs de référence sur une minute. b) distribution des durées de artefacts. 123

4 III.2 Conception d un filtre en temps réel Le double enregistrement avec un pas de temps de 0,3 s n est pas applicable dans un cadre opérationnel : les quantités considérables de données posent des problèmes de transmission et d analyse. Il est préférable de disposer d une procédure de filtrage en temps réel, permettant d éliminer les artefacts et d enregistrer des valeurs moyennes à un pas de temps de l ordre de la minute. De nombreux algorithmes existent pour détecter (et remplacer) les valeurs aberrantes dans une série chronologique quelconque (Otnes & Enochson, 1978 ; Goring & Nikora, 2002) mais ils ne se prêtent guère à une implémentation dans les centrales d acquisition de terrain. Nous avons donc préféré développer un filtre adapté aux caractéristiques particulières du signal de turbidité et au matériel d acquisition utilisé. Plusieurs filtres ont été testés en temps différé, en les appliquant aux enregistrements disponibles au pas de temps de 0,3 s. Ces filtres fournissent des moyennes sur une minute à partir de valeurs instantanées à pas de temps court, et fonctionnent sur le principe suivant : lecture d une valeur instantanée x(t i ) comparaison de cette valeur à la valeur retenue pour le pas de temps précédent x*(t i-1 ) rejet de la valeur x(t i ) si x(t i ) x*(t i-1 ) dépasse un seuil positif s i et maintien de la valeur de référence précédente x*(t i ) = x*(t i-1 ) sinon x*(ti ) = x(t i ) et intégration de x*(t i ) dans le calcul de moyenne au pas de temps de une minute. A la fin de chaque minute la valeur moyenne est enregistrée. Si, pour une minute donnée, toutes les valeurs instantanées ont été rejetées, la valeur de la minute précédente est recopiée et sert de nouvelle valeur de référence pour initialiser le test des valeurs instantanées de la minute suivante. Il arrive parfois que ce filtre soit activé à tort par une croissance rapide de la turbidité réelle. La valeur de référence reste alors bloquée à la valeur observée avant cet épisode, et le filtre reste activé jusqu à ce que la turbidité mesurée ait rejoint sa valeur d origine, ce qui peut prendre de nombreuses minutes. Pendant ce laps de temps, aucune valeur n est enregistrée. Pour pallier ce problème, et accélérer la reprise de l enregistrement, on assouplit le test en augmentant le seuil de rejet : à chaque minute, un coefficient multiplicateur de 1,1 est appliqué à la valeur du seuil utilisée pour la minute précédente. Cette valeur de 1,1 a été ajustée empiriquement sur les jeux de données disponibles La figure 4 montre l effet de ce filtre sur les artéfacts et sur un pic réel. Plusieurs versions de ce filtre ont été testées, qui diffèrent par le critère utilisé pour rejeter les valeurs instantanées. Le seuil utilisé peut être fixe (les valeurs testées sont 50, 100, 150 et 200 FAU) ou variable. Dans ce cas, on exploite la relation présentée sur la figure 2b entre la moyenne et l écart type des valeurs instantanées observées pendant une minute : l écart-type vaut à peu près 0,06 fois la moyenne, et le seuil choisi correspond à deux écarts-types soit s i = 0,12 x*(t i-1 ). III.3 Efficacité des filtres L efficacité des filtres peut être évaluée en comparant à l aide de divers critères les valeurs filtrées à la chronique de référence construite à partir des capteurs redondants. Le tableau 1 donne les valeurs de ces critères obtenues en appliquant les différents filtres à deux séries de mesures différentes. La série 2 est plus longue (136 heures) mais la série 1 est plus sélective, car elle comporte plusieurs pics de turbidité réelle à front montant abrupt (voir fig. 4). Les seuils fixes ou variables ont les mêmes performances globales, à condition que le seuil fixe soit choisi avec soin. Dans cet exemple, le seuil de 200 FAU semble trop élevé pour la série 2. Le seuil variable a une base plus objective, et peut être préféré pour cette raison. Quoiqu il en soit, certains pics réels de turbidité sont écrêtés, comme on peut le voir à 11h00 sur la figure 4. Il est donc judicieux d enregistrer une trace de l activité du filtre, par exemple le nombre de valeurs rejetées pour chaque minute. Si cette valeur est élevée, la valeur filtrée est douteuse, et la valeur brute est peut-être meilleure. IV ANALYSE DES FLUX POLLUANTS La représentation de flux journaliers sur l ensemble de la période (fig. 5) montre des variations importantes, qui ne peuvent pas être mises en relation directe avec les événements pluvieux ou avec une influence saisonnière. Des problèmes métrologiques n étant pas à exclure, l analyse a été poursuivie sur la période s étendant de 15 mars au 30 juin 2003, pendant laquelle les flux apparaissent comme relativement stables. IV.1 Profils journaliers types Les flux polluants sur un réseau séparatif d eaux usées sont dus pour l essentiel aux activités humaines. Il est natu- Tableau 1. Indicateurs d efficacité de plusieurs filtres calculés pour deux séries de données issues de capteurs redondants à pas de temps court. Série 1 : 28-30/9/2004 Série 2 : 12-18/10/2004 Seuil Seuil fixe Seuil Seuil fixe variable 100 FAU 200 FAU variable 200 FAU 100 FAU Nash % Données filtrées référence : Moyenne FAU Données filtrées référence : Ecart-type FAU

5 MESURE EN CONTINU DE LA TURBIDITÉ SUR UN RÉSEAU SÉPARATIF EAUX USÉES efficacité d'un filtrage des données brutes 2000 turbidité (FAU) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 heure référence 1 mn mesures filtrées avec seuil dynamique données brutes 0,3 s Figure 4 : Comparaison des séries chronologiques de données filtrées (à 1 min) avec les valeurs de référence (1 min) et les valeurs brutes (à 0,3 s). Figure 5 : pluie et flux polluants mesurés au pas de temps journalier sur 15 mois. rel qu ils suivent le rythme de ces activités, qui est marqué par des périodes de 24 heures et de 7 jours. On a donc cherché à construire des profils journaliers types des flux horaires. Pour ce faire, on a déterminé pour chaque jour de la semaine, la suite de valeurs horaires qui minimise la somme des écarts quadratiques entre le profil ainsi défini, et les valeurs mesurées correspondantes. On calcule ensuite la dispersion des valeurs mesurées autour de la valeur type pour chaque tranche horaire. Enfin on obtient une deuxième estimation du profil, en éliminant les mesures mesurées qui s écartent du profil de plus de deux écarts-types. Cette itération permet d éliminer l influence de diverses perturbations, dont les événements pluvieux. On obtient ainsi les profils représentés sur la figure 6. On constate que deux profils suffisent à décrire les variations horaires des flux, et correspondent respectivement aux jours de semaine et aux week-ends. La dispersion des valeurs observées autour des profils types est à 95 % comprise dans un intervalle de + 20 %, soit en moyenne FAU x m 3 /h. IV.2 Impact des événements pluvieux Comme beaucoup d autres, ce réseau séparatif d eaux usées n atteint pas parfaitement son objectif de collecte sélective et réagit donc aux événements pluvieux. Ce comportement est bien visible sur la figure 8, où les événements Profils types de flux polluants Flux horaire (FAU x m3/h) heure lun-mar-mer-jeu-ven sam dim Figure 6 : profils journaliers types de flux polluants. 125

6 pluvieux des 17,18, 19, 24, 25 mai et 3 et 4 juin, se traduisent par une augmentation synchrone des débits collectés (la méthode de construction des hydrogrammes journaliers types est présentée dans le chapitre suivant). Ce comportement se rapproche de celui d un réseau unitaire, même si cette réaction est beaucoup plus limitée dans le cas d un réseau séparatif d eaux usées. On peut donc se demander si cette augmentation des débits est accompagnée d une augmentation des flux polluants. Les profils types qui on été déterminés peuvent servir de référence pour évaluer par différence l impact des événements pluvieux. En réalité cet impact n est pas très net (fig. 9 et 10), sauf pour l épisode des 3 et 4 juin pour lequel on observe une baisse de turbidité insuffisante pour compenser l augmentation de débit, ce qui se traduit par une augmentation des flux. L épisode des 18 et 19 mai a essentiellement provoqué une dilution des effluents à flux constant. Cette dilution est encore visible deux à trois jours après l épisode et trahit la présence d eaux parasites de drainage. En revanche, on observe une pointe significative de flux le 29 mai, accompagnée d une pointe de débit et de turbidité. Cette pointe ne peut pas être attribuée à un événement pluvieux (la pluviométrie observée ce jour là est nulle) et relève sans doute des fluctuations de turbidité fréquemment observées dans un réseau d eaux usées. V ÉVALUATION DES DÉBITS D EAUX CLAIRES La turbidité (fig. 10) présente des fluctuations journalières synchrones avec celles des débits mais de moindre amplitude (la turbidité varie de 200 à 600 FAU au cours d une journée, alors que les débits varient de 5 à 50 m 3 /h lorsque les apports d eau parasites sont stabilisés). Pourtant, s il paraît normal que le volume des rejets au réseau d assainissement varie en fonction de l heure de la journée, il n y a pas de raison évidente pour qu à la source la concentration des rejets présente des variations aussi régulières. Il est plus naturel de postuler que cette concentration est constante en moyenne horaire (Potier & Weiss, 1997) et que les variations observées sont dues à des apports d eaux claires. Nous avons donc testé un modèle très simple basé sur les hypothèses suivantes : 1) la concentration moyenne des eaux domestiques «à la source» (eaux sanitaires) est constante 2) le débit sanitaire cumulé à l échelle d un bassin versant suit un profil journalier reproductible au pas de temps horaire 3) la concentration observée dans le réseau résulte de la seule dilution du débit sanitaire par un débit constant à l échelle de la journée (eaux claires parasites). On peut alors écrire (1) avec : : flux horaire mesuré à l heure i du jour j : concentration des effluents sanitaires : débit horaire total pour l heure i et le jour j : débit d eaux parasites d infiltration du jour j est inconnu a priori, mais il a pour effet de modifier le débit moyen journalier, sans agir sur la répartition des débits horaires autour de cette moyenne. Il est donc pratique d exprimer l équation (1) sous la forme (2) Q s24j : débit total moyen du jour j L équation (2) exprime le fait que, si les hypothèses sont satisfaites, on doit observer une relation linéaire entre le flux horaire et le débit sanitaire, qui se traduit par une relation de même coefficient entre le flux horaire et le débit horaire total diminué du débit moyen journalier. La figure 7 montre que les observations sont globalement compatibles avec une telle relation. La pente de la droite de régression représente la concentration constante des effluents à la source (ici 520 FAU). L abscisse à l origine représente au signe près le débit sanitaire moyen journalier. Un modèle de dilution peut donc être utilisé en première approximation pour déterminer les débits d eau claire parasite. Le calcul consiste à diviser les profils journaliers types de flux polluants par la concentration constante issue de la régression pour obtenir des profils journaliers types de débits corrélation flux mesurés - débits corrigés Flux mesurée (FAU x m3/h) Q tot- Qmoy 24h (m3/h) Figure 7 : relations entre flux polluants et débit mesuré au pas de temps horaire après neutralisation de débits d eaux parasites constants sur la journée. 126

7 MESURE EN CONTINU DE LA TURBIDITÉ SUR UN RÉSEAU SÉPARATIF EAUX USÉES sanitaires, puis à soustraire ces profils des débits mesurés. Ce calcul au pas de temps horaire s affranchit de l hypothèse de constance du débit parasite à l échelle de la journée: cette hypothèse n est utile que pour calculer la concentration des eaux sanitaires par corrélation. Les résultats de ce calcul sont représentés sur la figure 11, en résultats bruts au pas de temps d origine (1 h) et avec un lissage par moyenne glissante sur 24 h. On note sur les résultats bruts des fluctuations apparentes du débit d eau claire durant la journée : elles sont dues au fait que la concentration à la source n est pas parfaitement constante et comporte une composante aléatoire. En revanche, ces données brutes montrent mieux la dynamique des eaux claires lors de l épisode pluvieux des 3 et 4 juin. Cette méthode d estimation des eaux claires parasites peut être appliquée à d autres mesures en continu (absorbance UV, conductivité) et elle est voisine de celles proposées indépendamment par Kafi-Benyahia (2006), et par Kracht & Gujer. (2005). Elle est particulièrement simple car elle s affranchit de la conversion en paramètres de pollution, et considère un profil journalier de concentration des eaux sanitaires réduit à une valeur constante. Son principal intérêt est de régler la question des valeurs de référence plus ou moins arbitraires nécessaires à la plupart des méthodes classiques (De Bénédettis & Bertrand-Krajewski, 2004 ; Joannis, 1994). Elle permet en outre d appréhender les débits de drainage lorsqu ils varient rapidement après un épisode pluvieux (ressuyage). Mais le calcul ne tient pas compte d une éventuelle augmentation de flux polluants lors d événements pluvieux par reprise des sédiments, ce qui conduit à une estimation par défaut du débit d eau claire. Notons enfin que cette méthode aboutit à une estimation de tous les apports d eaux claires, y compris les fuites d eau potable à l intérieur des bâtiments. En effet ces dernières participent à l effet de dilution, et sont incluses dans l estimation du débit d eaux claires basée sur une concentration constante des eaux sanitaires au sens strict Débits et pluie 0 10 m3/h mai mai mai mai-03 4-juin-03 Débit mesuré Débit type pluie mm/h Figure 8 : pluie, débits mesuré et débits types (évalués par un modèle de dilution), au pas de temps horaire. Figure 9 : flux polluants mesurés au pas de temps horaire et flux journaliers types. Figure 10 : turbidité mesurée au pas de temps horaire. Figure 11 : débits d eaux claires parasites estimés par différence avec des profils journaliers types de débits 127

8 CONCLUSION Le mesurage en continu de la turbidité en réseaux d assainissement est possible et fournit des informations intéressantes sur les divers aspects du fonctionnement du système de collecte. Un filtrage en temps réel des mesures brutes avant enregistrement peut être nécessaire pour éliminer des pics de courte durée. Ces pics sont vraisemblablement dus à des occultations partielles du faisceau de mesure par des grosses particules ou des déchets. Ils ne correspondent pas au principe de la mesure de turbidité, basée sur l absorption/diffusion par des particules de taille négligeable par rapport au diamètre du faisceau lumineux. En revanche, ils perturbent sensiblement les résultats même après intégration sur des durées de plusieurs heures (erreur atteignant 10 à 25 %). Un simple test de vitesse de variation sur les fronts montants permet d éliminer la plupart de ces pics, tout en conservant les variations réelles du signal. Une campagne préalable d acquisition à pas de temps court avec deux capteurs redondants permet de caractériser le signal brut obtenu sur un site donné avec un type de capteur donné et de paramétrer un filtre adapté à ce contexte. Des profils types de flux polluants de temps sec peuvent être construits lorsque les flux journaliers sont stables. Ils servent de référence pour l analyse de l impact des événements pluvieux. Sur le réseau étudié cet impact est bien visible sur le plan hydraulique, moins net sur les flux polluants. Les enregistrements de débit et de concentration permettent également de construire des profils journaliers-types de débits sanitaires, et d évaluer par différence et en continu les débits d eaux claires parasites, moyennant une hypothèse de concentration constante à la source. Cette concentration est déterminée par corrélation entre le débit total corrigé et le flux mesurés, et permet de s affranchir du choix arbitraire d une valeur du débit sanitaire nocturne qui joue un rôle important dans plusieurs méthodes classiques d évaluation des débits d eaux claires parasites. BIBLIOGRAPHIE De BÉNÉDITTIS J., BERTRAND-KRAJEWSKI J.-L. (2004). Infiltration in sewer systems: comparison of measurement methods, Proceedings of the 4 th International Conference on Sewer Processes and Networks Funchal, Madeira, Portugal, November 2004 : Goring D.G., NIKORA V. I. (2002). Despiking acoustic Doppler velocimeter data, Jour. of Hydr. Eng. 128 (1) : K AFI-BENYAHIA M. (2006). Variabilité spatiale des caractéristiques et des origines de la pollution de temps de pluie en réseau d assainissement unitaire, Thèse ENPC Kracht O., GUJER W. (2005). Quantification of infiltration into sewers based on time series of pollutant loads Water Science & Technology, 52 (3) : Henckens G.J.R., VELDKAMP R.G., SCHUIT A.D. (2002). On monitoring of turbidity in sewers. In: Strecker E.W. and Huber W.C. (eds.): Global solutions for urban drainage. Proc. 9 th Int. Conf. on Urban Drainage, Portland, Oregon, 8-13 September CD-ROM, ASCE Publications, Reston, VA J OANNIS C. (1994). Précision des estimations de débits d eaux parasites d infiltration dans les réseaux de collecte des eaux usées. Influence des erreurs de mesure et de la méthode de calcul.,bul. Liaison des Lab. des Ponts et Chaussées, Janvier- Février : J OANNIS C., BILLARD F., ESTÈVES J. (2005). Modéliser les débits dans les réseaux d eau usées Problématique et perspectives sur la communauté urbaine Nantes Métropole colloque SHF- ASTEE-GRAIE, Autosurveillance, diagnostic permanent et modélisation des flux polluants en réseaux d assainissement urbains, Marne la Vallée, juin Otnes R.K., ENOCHSON L. (1978). Applied time series analysis, Wiley, New York POTIER O., WEISS B. (1997). Elaboration d un modèle débit-qualité dans un système d assainissement urbain par temps sec, L eau, l industrie, les nuisances, n 203 : Ruban G., RUPERD Y., LAVEAU B., LUCAS E (2001). Self-monitoring of water quality in sewer systems using ultra-violet and visible absorbance, Wat. Sci. Tech., 44 (2-3) : V ELDKAMP R.G., HENCKENS G., LANGEVELD J., CLEMENS F. (2002). Field Data on Time and Space Scales of Transport Processes in Sewer Systems, In: Strecker E.W. and Huber W.C. (eds.): Global solutions for urban drainage. Proc. 9 th Int. Conf. on Urban Drainage, Portland, Oregon, 8-13 September CD-ROM, ASCE Publications, Reston, VA 128

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