SYNTHESE TECHNIQUE LE STOCKAGE D EAUX BRUTES, DISPOSITIF DE SECURITE EN CAS DE POLLUTION SUPERFICIELLE

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1 Commanditaire : Gilian Cadic SYNTHESE TECHNIQUE LE STOCKAGE D EAUX BRUTES, DISPOSITIF DE SECURITE EN CAS DE POLLUTION SUPERFICIELLE POURADIER Sarah pouradier@engref.fr Février 2009 AgroParisTech - Engref à Montpellier B.P MONTPELLIER Cedex 4 Tél. (33) Fax (33)

2 TABLE DES MATIERES SUMMARY... 3 INTRODUCTION... 4 EAUX DE SURFACE ET POLLUTION... 5 SYSTEME DE PROTECTION CONTRE LES POLLUTIONS SUPERFICIELLES... 5 LEGISLATION SUR LA PROTECTION CONTRE LES POLLUTIONS... 6 RETENUES D EAU BRUTE ET AGENCES DE L EAU... 6 FONCTIONS D UN BASSIN D EAU BRUTE : SECURISATION ET PRETRAITEMENT... 7 STRATÉGIE DE SÉCURISATION DU SEDIF : GESTION DU BASSIN D EAU BRUTE DE MÉRY-SUR-OISE8 LES USINES PRINCIPALES DU SEDIF... 8 BASSIN DE MÉRY-SUR-OISE... 8 LES DIFFÉRENTES STRATÉGIES DE SÉCURISATION DU SEDIF... 9 LA DARSE D ORLY, UN PRÉTRAITEMENT EFFICACE IONS AMMONIUM DÉCANTATION AVANT DÉCANTATION APRÈS PROLIFÉRATIONS ALGALES SAINT HIPPOLYTE : UN STOCKAGE LONG POUR UNE DÉNITRIFICATION PRÉSENTATION DE LA RETENUE DE SAINT HIPPOLYTE ETUDE DES VARIATIONS DE TENEUR EN NITRATE ETUDE DES VARIATIONS DE TURBIDITÉ GANGES : UN STOCK D EAU BRUTE EN TERRITOIRE RURAL PRÉSENTATION DU SIAEP DE LA RÉGION DE GANGES (34) BÂCHE D EAU BRUTE ET SÉCURISATION DU RÉSEAU IMPLANTATION ET DIMENSIONNEMENT D UN BASSIN HYDROGÉOLOGIE ET ABANDON D UN PROJET DE BASSIN D EAU BRUTE À NEUILLY-SUR-MARNE 14 FONCIER ET DIMENSIONNEMENT CONSIDÉRATIONS FINANCIÈRES : UN FREIN À L IMPLANTATION DE BASSIN? CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE

3 SUMMARY Water pollution is a deterioration which makes its use dangerous and/or disturbing to water ecosystems. It can concern surface water (rivers, lakes) or underground water which is rather less vulnerable. This synthesis studies in particular superficial short-lived pollutions and a secure system for drinking water supply, raw water storage upstream a water treatment factory. These storages are after the waterworks in the superficial water and the pumping can be shut down after a warning. If there is pollution, water for the treatment factory will come from the storage until the pollution stops. Other secure devices exist to overcome superficial short-lived pollutions. French Water Agencies advise and partly subsidize in their ninth programs ( ) links between water treatment factories or between water networks, diversification of exploited resources or the installation of drinking water storage whose volume is equal to daily consumption. These programs do not recommend raw water storage as a secure device. This study explains via case studies the working and the uses of raw water storage, the determining factors for the installation and the additional functions. Raw water storage is a secure device against superficial short-lived pollution with many advantages but it has to be combined with other devices too. Key Word: raw water storage, raw water, water pollution, superficial pollution, short-lived pollution. 3

4 INTRODUCTION Plus d un tiers de l eau potable consommée provient d eau superficielle en France métropolitaine. Cette eau est sujette aux pollutions chroniques, mais aussi aux pollutions accidentelles de courte durée. Différents systèmes de protection existent pour garantir un approvisionnement continu en eau potable comme la diversification des ressources en eau, l interconnexion de réseau, la mise en place de réservoirs d eau traitée. Un système moins connu est la mise en place d un bassin de stockage d eau brute en amont d une usine de potabilisation. En cas d annonce de pollution, l alimentation du bassin en eau est stoppée, et l usine d eau potable continue de fonctionner sur l eau du bassin tant qu il n est pas vide. Cette synthèse s intéresse à expliquer le fonctionnement des retenues d eau brute dans la protection contre les pollutions superficielles, mais aussi dans l amélioration du traitement de l eau. Elle s interrogera également sur la rareté de l installation de retenues d eau brute en France. Dans une première partie, nous présenterons la place des eaux de surface et des pollutions en France, puis les retenues d eau brute. Un point sur la législation sur la protection contre les pollutions sera effectué, ainsi qu un tour d horizon des recommandations des agences de l eau concernant les systèmes de protection contre les pollutions superficielles. La seconde partie sera consacrée à l étude de quatre cas dans lesquels un bassin d eau brute a été mis en place. Nous essayerons de dégager les utilisations qui en sont faites en lien avec les autres systèmes de sécurisation installés, et nous préciserons également le rôle de prétraitement qui peut être mis en évidence. Dans une dernière partie, des considérations générales sur les possibilités d implantation de bassin seront abordées, avec en particulier des questions foncières et hydrogéologiques. 4

5 PRESENTATION DU SUJET, REGLEMENTATION ET RECOMMANDATIONS DES AGENCES DE L EAU EAUX DE SURFACE ET POLLUTION L IFEN, institut français de l environnement, estime qu en 2004, 38% de l eau potable provenait d eaux superficielles en France métropolitaine et que 80% des communes, soit 53% de la population, ont un approvisionnement exclusivement souterrain (IFEN, 2006). Ce sont des communes fréquemment rurales car compte tenu de leurs besoins, les villes de plus de habitants captent souvent les eaux superficielles. Ainsi 9% des communes ne distribuent-elles que de l eau superficielle (lacs ou rivières). Ces dernières couvrent cependant 18% des habitants (IFEN, 2001). Les eaux de surface sont particulièrement sujettes aux pollutions. L étude sur les «Pollutions accidentelles des eaux de surface continentales» réalisée par le BARPI, bureau d analyse des risques et pollutions industrielles, a recensé 3213 pollutions des eaux de surface intérieures en France survenues accidentellement entre janvier 1996 et décembre Dans 52% des cas, les polluants étaient des produits pétroliers et dans 24% des cas, les polluants étaient des eaux usées ou des boues. Outre l altération de la qualité du milieu, les accidents ont eu dans 2,3% des cas comme conséquence l arrêt de captage ou de distribution d eau potable (BARPI, 2006). SYSTEME DE PROTECTION CONTRE LES POLLUTIONS SUPERFICIELLES Cette synthèse a pour objectif la présentation d un système de protection contre les pollutions superficielles : les retenues d eau brute en amont d une filière de potabilisation. Ces retenues sont situées après la prise d eau dans la ressource superficielle et leur alimentation peut être coupée. Selon le mémento technique de Degrémont, «le stockage d eau brute présente un intérêt lorsqu il y a une pollution accidentelle qui détériore la qualité de l eau brute de façon inacceptable pour l installation de traitement. On peut arrêter le pompage en rivière pour utiliser l eau stockée, en évitant ainsi l arrêt de la production d eau traitée» (Degrémont Suez, 2005). La durée de secours du système dépend donc de la capacité de stockage de la retenue et de la production de l usine de traitement. Ces bassins ne sont donc efficaces que dans le cas de pollutions de relativement courte durée. a) b) Schéma illustratif des retenues d eau brute de protection contre les pollutions, en fonctionnement courant (a) ou en cas de pollution (b). Contrairement aux réserves d eaux traitées, une réserve d eau brute n augmente pas le temps de séjour de l eau entre la sortie de la filière de traitement et le robinet du consommateur, temps que l on cherche à garder le plus faible possible. Selon une synthèse réalisée par l OIEau, les paramètres directement liés au maintien de la qualité de l'eau sont essentiellement le temps de séjour de l'eau dans les canalisations et les ouvrages de stockage d eau traitée. La conservation de la qualité de l'eau est donc facilitée par une réduction du temps de séjour dans le réseau (Celerier, 2002). Cependant, aucun texte récent ne définit les temps à prendre en 5

6 compte. Des modifications des qualités de l eau ont également lieu dans une retenue d eau brute, elles seront détaillées dans la suite. D autres mesures peuvent être prises pour assurer l alimentation en eau potable en cas de pollutions superficielles. Une étude Inter-Agences (étude n 75) sur les stratégies de protection des prises d eau de surface datant de 1999 fait l inventaire des mesures de sécurité permettant de gérer les situations de crise provoquées par une pollution. La première mesure est la détection de la pollution grâce aux stations d alerte. Il est ainsi possible de diversifier les ressources en eau, de réaliser des interconnexions de réseaux ou de centres de production, de mettre en place des réservoirs d eau traitée qui maintiennent le réseau sous pression et qui nécessitent un entretien particulier ou bien encore de modifier le traitement si le type de pollution est connu (Saunier Techna, 1999). LEGISLATION SUR LA PROTECTION CONTRE LES POLLUTIONS Le Titre 1 er «Eau et Milieux aquatiques» du Livre II de la Partie Législative du Code de l Environnement a «pour objet une gestion équilibrée et durable de la ressource en eau ; cette gestion prend en compte les adaptations nécessaires au changement climatique et vise à assurer ( ) la protection des eaux et la lutte contre toute pollution». L article L211-1 donne comme définition de pollution tous «déversements, écoulements, rejets, dépôts directs ou indirects de matières de toute nature et plus généralement tout fait susceptible de provoquer ou d'accroître la dégradation des eaux en modifiant leurs caractéristiques physiques, chimiques, biologiques ou bactériologiques». Pour prendre en compte la protection des eaux et la lutte contre toute pollution, le législateur a prévu entre autre un outil de planification, le Schéma Directeur d Aménagement et de Gestion des Eaux pour chaque bassin, article L Selon l article L , «dans chaque bassin ou groupement de bassins visé à l'article L , une agence de l'eau, établissement public de l'etat à caractère administratif, met en œuvre les schémas visés aux articles L et L , en favorisant une gestion équilibrée et économe de la ressource en eau et des milieux aquatiques, l'alimentation en eau potable, la régulation des crues et le développement durable des activités économiques». RETENUES D EAU BRUTE ET AGENCES DE L EAU Pour mettre en œuvre les SDAGE, les agences de l eau mettent en place des programmes sur six ans qui définissent les objectifs et les grandes orientations financières pour les années à venir. Pour la période , les six agences de l eau en sont à leur neuvième programme. Ceux-ci abordent tous les thèmes liés à la gestion de l eau, et en particulier la sécurisation de l alimentation en eau potable. En fonction des agences, les préconisations diffèrent dans le type de mesures et dans la précision des recommandations. Le programme de l agence de l eau Seine-Normandie (SN), dans son volet concernant l alimentation en eau potable, aide les travaux permettant «de sécuriser l alimentation en eau ( ) face aux risques de pollutions accidentelles par la diversification des ressources exploitées, les interconnexions entre centres de production ou entre réseaux différents, ( ) et pour les incidents de courte durée : la création de réservoirs de stockage d eau traitée permettant d atteindre un volume équivalent à une journée de consommation moyenne en zone rurale et d une demi-journée en zone urbaine» (Agence de l eau Seine-Normandie, 2007). L Agence Rhône-Méditerranée-Corse (RMC) soutient «les opérations permettant de rétablir la qualité de l eau potable lorsqu il y a dépassement des normes sanitaires. Les projets doivent faire appel à une installation de traitement de l eau, à l exploitation d une nouvelle ressource, ou encore à une interconnexion avec une commune voisine» (Agence de l eau Rhône-Méditerranée-Corse, 2007). 6

7 L Agence Loire-Bretagne (LB) ne préconise pas les types de travaux à effectuer pour préserver la qualité des ressources destinées à l alimentation en eau potable. Les seuls points mentionnés dans le programme sont que «la priorité va à la protection des ressources» et que «l agence de l eau encourage les réflexions globales préalables aux investissements structurants et de sécurisation de l approvisionnement» (Agence de l eau Loire-Bretagne, 2007). Le programme de l Agence Artois-Picardie (AP) se décline en dix objectifs dont le deuxième est «d augmenter la sécurité de l approvisionnement en eau potable par la protection des ressources et l interconnexion des réseaux» (Agence de l eau Artois- Picardie, 2007). Le deuxième point du programme de l Agence Adour-Garonne (AG) a pour ambition «l augmentation de la sécurité de l approvisionnement en eau potable par la protection des captages et des ressources stratégiques». Dans ce cas-là, il n est pas fait mention des autres systèmes de sécurisation de l alimentation en eau potable (Agence de l eau Adour-Garonne, 2007). Enfin concernant la protection de la ressource en eau, les priorités d action de l Agence Rhin-Meuse (RM) dans son neuvième programme sont la «lutte contre les pollutions accidentelles, se matérialisant notamment par la mise en place d un périmètre de protection de captage». Dans le cas de ressources «intrinsèquement vulnérables ou improtégeables vis-à-vis d un risque de pollution», certains travaux sont susceptibles de bénéficier d aides, notamment par «la création de ressources nouvelles ( ), la création de canalisations de transport entre les communes ou les EPCI ( ), la création d ouvrages de stockage ( )» (Agence de l eau Rhin-Meuse, 2007). Il apparaît que les six agences de l eau mettent en avant dans leurs neuvièmes programmes la sécurisation de la qualité de l alimentation en eau potable. Pour cela, elles préconisent toutes des mesures de prévention avec la mise en place des périmètres de protection de captage. En revanche, les mesures préconisées en cas de pollutions effectives de la ressource en eau diffèrent. Les agences LB et AG ne donnent pas de consignes particulières quant aux ouvrages à mettre en œuvre. Les interconnexions sont citées par les agences SN, AP, RMC et RM, la diversification des ressources par les agences SN, RMC et RM. Enfin, les ouvrages de stockage ne sont envisagés que par deux agences, SN qui ne prend en compte que le stockage d eau traitée, et RM qui ne donne pas de consigne particulière quant aux ouvrages de stockage. Ainsi les stockages d eau brute ne sont-ils abordés par aucune des agences. L agence SN qui a pourtant sur son territoire la darse d Orly et le bassin de Méry-sur-Oise ne fait mention que des stockages d eau traitée. FONCTIONS D UN BASSIN D EAU BRUTE : SECURISATION ET PRETRAITEMENT Dans cette partie, quatre retenues d eau brute sont étudiées. Le premier bassin est en amont de l usine du SEDIF à Méry-sur-Oise et le second, en amont de l usine d Orly appartenant à Eau de Paris. Le troisième, est en Charente-Maritime, est un exemple de stockage très long. Une quatrième étude concerne la ville de Ganges dans l Hérault qui est un exemple de stock d eau brute en zone rurale. Le mémento technique de Degrémont cite deux fonctions à un bassin d eau brute situé juste en amont d une usine de traitement : la sécurisation et le prétraitement (Degrémont Suez, 2005). L objectif de ces études est d une part d étudier l utilisation effective de ces bassins en cas de pollution et d autre part de montrer les avantages annexes qui résultent de ces bassins, à savoir un prétraitement important. 7

8 STRATEGIE DE SECURISATION DU SEDIF : GESTION DU BASSIN D EAU BRUTE DE MERY-SUR-OISE Les usines principales du SEDIF Le SEDIF, Syndicat des Eaux d Ile-de-France, possède différentes ressources en eau. Les ressources superficielles représentent 95% de l eau produite avec la Seine, la Marne et l Oise dont l eau est traitée dans les trois usines principales, Choisy-le-Roi, Neuilly-sur-Marne et Mérysur-Oise. Le syndicat possède également trois usines puisant dans des nappes souterraines (SEDIF, 2007). Choisy-le-Roi Neuilly-sur-Marne Méry-sur-Oise Capacité de production (m3/j) Production annuelle en (Mm3) Production moyenne en (m3/j) Tableau : Présentation des productions des usines de Choisy, Neuilly et Méry (SEDIF, 2007) Les usines de Choisy et de Neuilly ont une filière par traitement biologique, à savoir une filtration sur sable, une ozonation, une filtration sur charbon actif puis une chloration, alors que celle de Méry possède deux filières autonomes, une filière biologique pour 20% de l eau traitée (tranche 1) et une filière de nanofiltration pour la majorité de l eau traitée (tranche 2) (SEDIF, 2007). Bassin de Méry-sur-Oise Depuis 1980, l usine de Méry possède un bassin d eau brute en amont de son traitement, d une profondeur de 9m, d une superficie de 5 hectares et d un volume de m3, soit un temps de séjour de l eau pompée de deux à trois jours. Par un système de buses d injection, l eau pénètre dans le bassin avec une vitesse (4m/s) et une direction bien déterminées, de telle sorte que la circulation dans le bassin soit optimale et de façon à éviter la création de zones d eau morte (SEDIF, 2007). Le bassin a été vidé et nettoyé à la fin des années 90 et une nouvelle opération est prévue au début de l année prochaine. Ce bassin a deux objectifs affichés : la protection contre des pollutions accidentelles et la réalisation d une décantation naturelle des particules en suspension. Il permet un arrêt de pompage dans l Oise en cas de pollution accidentelle et non un arrêt d usine ou la mise en place d un traitement adapté comme pour les usines de Choisy-le-Roi et de Neuilly-sur-Marne. L usine dispose d une station d alerte principale installée en amont de la prise d eau à 6,5 km (station de Parmain) et une station d alerte au niveau de la prise d eau (station de Ségur). Les deux stations d alerte permettent d'assurer le pilotage de la réserve d eau brute en alertant en cas de pollution accidentelle à l'amont du bassin pour ne pas contaminer les réserves en eau brute et en analysant l eau du bassin admise dans la filière de traitement afin d adapter celui-ci à la qualité de l eau (message de Mme Reali au nom de M. Santini). Station de Parmain Station de Ségur Cyanure Température ph Nitrates Hydrocarbure Oxygène dissous Turbidité Hydrocarbure COT Conductivité Ions ammonium COT Paramètres mesurés aux stations (message de Mme Reali au nom de M. Santini) Le bassin permet un lissage de la qualité de l'eau et ainsi d adopter des consignes d exploitation optimales. Les caractéristiques de l eau brute sont également améliorées avec un 8

9 abattement des teneurs en MES, en ammoniaque, en germes indicateurs de contamination fécale Ce dernier point sera abordé plus précisément par la suite dans l étude de cas consacrée à la darse d Orly. a) b) Méry Paris Neuilly Choisy Organisation territoriale du SEDIF (a) et Bassin d eau brute de Méry-sur-Oise (b) (SEDIF, 2007) Les différentes stratégies de sécurisation du SEDIF Différents évènements peuvent mener à des difficultés dans l alimentation en eau potable par le SEDIF, sur tout ou partie du secteur. Il ressort des rapports d exploitation que ces évènements sont dans le cas présent l exécution de travaux, programmés ou suite à des pannes, une arrivée de pollution accidentelle ou bien une crue sur l un des trois fleuves (SEDIF, 2007). Suivant le type d évènement et l ampleur de celui-ci, les solutions apportées ne sont pas les mêmes. L objectif de la suite de l étude de cas est de déterminer si certaines solutions ont une prédominance sur les autres, et dans quels cas. Pour sécuriser son alimentation en eau potable, le SEDIF utilise différentes stratégies. Il possède 68 réservoirs d eau traitée d une capacité de m3 qui ont comme autre fonction un maintien sous pression du réseau. Le syndicat a aussi mis en place l interconnexion de ses usines principales. L objectif des interconnexions est la continuité du service d alimentation à hauteur d une production d une journée moyenne en cas d arrêt de production d une des trois usines (SEDIF, 2007). Le bilan des échanges d eau de 2007 donne comme explication aux transferts d eau entre usines les différents arrêts de production, programmés ou non, totaux ou partiels. Ainsi les interconnexions des usines permettent-elles de sécuriser les arrêts des usines de Choisy et Neuilly en cas de pollution et les arrêts des trois usines lors des travaux sur les filières (SEDIF, 2007). De/vers Seine Marne Oise Seine 7,6 Mm3 Marne 2,4 Mm3 0,8 Mm3 Oise 4,3 Mm3 Tableau : Bilan des transferts d eau intervenus en 2007 (SEDIF, 2007) 9

10 Des intercommunications avec les réseaux voisins ont lieu en une centaine de points. Avec Eau de Paris, une capacité de transfert de m3/j est mobilisable entre 2h et une semaine. Cette intercommunication n a pas vocation à des échanges permanents, mais à des livraisons de secours. En 2007, le SEDIF a exporté 7,7 Mm3 d eau vers la SFDE, Société Française de Distribution d Eau, et a importé 7,6 Mm3 de la SFDE dans le cadre d un renforcement de réseau mutuel. Le SEDIF a également importé 9,5 Mm3 de la SEM, Société des Eaux de Melun, et 1,1 Mm3 de la Compagnie des Eaux de Maisons-Laffitte (SEDIF, 2007). Ces importations ont été réalisées pour soulager les usines de Choisy et de Neuilly lors d épisodes de crue, de pollution ou de travaux. Les volumes mis en jeu sont de l ordre de ceux des interconnexions. Choisy-le-Roi Neuilly-sur-Marne Méry-sur-Oise Arrêt programmé Usine 2j 1j 2j Partiel 8j (feeder) 3j (tranche 2) Arrêt pour raison (approvisionnement 2j (tranche 2) matérielle en javel) 7j Alerte pollution Total Arrêt usine 1 2 Arrêt pompage 2 Modification 5 2 traitement Alerte crue Total Arrêt usine 2 Arrêt pompage Modification traitement Tableau : Bilan des modifications de fonctionnement en 2007 (SEDIF, 2007) Le traitement des trois usines est également adaptable à certains types de pollution. Les sources des pollutions sont variées et peuvent être d origines industrielles, agricoles, dues à des ruissellements, des incidents de fonctionnement de station d épuration, des pollutions algales. Des modifications de traitement ont eu lieu en 2007 en cas d alerte de crue sur les trois usines, en cas de pollution aux hydrocarbures pour Choisy et Neuilly et en cas de pollutions par des eaux usées ou résiduaires pour Choisy et Neuilly. Les arrêts des usines de Choisy et Neuilly n ont eu lieu qu en cas de pollutions inconnues (SEDIF, 2007). Si l on considère qu une adaptation de traitement équivaut à une journée de production d eau non importée ou transférée, cela représente environ 3,7 Mm3, ce qui n est pas négligeable par rapport aux interconnexions et aux intercommunications. Enfin, l arrêt du pompage dans le bassin de Méry-sur-Oise a été mis en place deux fois en 2007, lors de pollutions aux hydrocarbures bien qu une adaptation du traitement aurait été possible (SEDIF, 2007). Ceci équivaut à un volume de 0,3 Mm3, ce qui est fort inférieur aux volumes mis en jeu par les autres stratégies de sécurisation. L utilisation du bassin reste donc anecdotique pour le SEDIF. 10

11 LA DARSE D ORLY, UN PRETRAITEMENT EFFICACE Le mémento technique de Degrémont précise que dans un bassin d eau brute «certaines caractéristiques de l eau peuvent s améliorer : diminution de la teneur en MES, en ammonium et de la flore bactérienne». Cependant le stockage d eau brute peut présenter certains inconvénients : «on constate, lorsque le temps de stockage est insuffisant, un développement important d algues et de champignons dont les métabolites peuvent communiquer un goût désagréable à l eau ; l élimination de ce mauvais goût peut être très coûteuse» (Degrémont Suez, 2005). Dans leur article «le stockage des eaux brutes en amont d une filière de potabilisation des eaux» de 1998, MM. Montiel et Welté étudient précisément l amélioration des caractéristiques de l eau brute qui a lieu dans la darse d Orly, bassin jouant un rôle de protection contre les pollutions superficielles. Ce bassin permet une amélioration visible sur différents paramètres comme la turbidité, les MES, l ammonium Ions ammonium L usine d Orly a été mise en production en 1969, mais c est seulement en 1972 qu il est décidé l utilisation de la darse en bassin de stockage à cause des variations très importantes des teneurs en ions ammonium. Le bassin a un effet tampon vis-à-vis de la teneur en ions ammonium, ce qui permet une teneur en ions constante sur toute une semaine. Grâce à cela, il a été possible de nitrifier par voie biologique dans des filtres rapides à sable (5 m/h) dès 1979, ce qui fit d Orly la première usine au monde à utiliser cette technique (Montiel, 1998). Décantation avant 1987 Au cours du séjour de l eau dans le bassin de stockage, une décantation se produit. Ainsi la turbidité sortante du bassin ne dépasse-t-elle pas les 10 NFU alors que la turbidité entrante est supérieure à 100 NFU. Cette faible turbidité permet des conditions de marche plus faciles et des performances de clarification poussées pour l usine en aval, garantissant la rétention des parasites (Giardia et Cryptosporidium) (Montiel, 1998). Cette décantation entraîne une sédimentation importante. Pour un traitement moyen annuel de m3/j en 1987, il se déposait 1450 t/an de sédiments. Lors d une étude, la hauteur d eau sur une trentaine de points a été mesurée dans le bassin. Il a ainsi été montré que le premier tiers du bassin connaissait une sédimentation très importante, avec en entrée une majorité de sables et en sortie, une majorité d argiles (Montiel, 1998). Une difficulté rencontrée avant 1987 venait du fait que les sédiments du bassin étaient notablement pollués. Un relargage d ions ammonium et de phosphates pouvait avoir lieu. En effet, si l entrée d eau est fermée et si l usine fonctionne sur la réserve, le niveau d eau du bassin devenait inférieur à celui de la Seine et la nappe phréatique réalimentait la réserve, ce qui entraînait des polluants des sédiments (Montiel, 1998). Arrêt du pompage en cas de pollution Alimentation en eau de l usine Niveau de la Seine Remontée de la nappe et relargage de polluants Schéma illustratif de fonctionnement du bassin de stockage avant

12 Décantation après 1987 En 1987, il a donc été décidé de modifier le bassin de stockage en le séparant en deux bassins. Le premier bassin est utilisé en bassin de prédécantation (2 à 3h de séjour). Le second bassin est alimenté par pompage à partir du premier bassin et a un niveau d eau supérieur à celui de la Seine. Il a actuellement un volume de m3 (Montiel, 1998). La sédimentation a donc lieu à présent essentiellement dans le premier bassin. En cas de pollution, le pompage entre le premier et le second bassin est arrêté, et la hauteur d eau dans le second bassin étant supérieure à celle de la Seine, il n y a plus de risque de relargage de polluants (Montiel, 1998). Arrêt des pompages en cas de pollution Alimentation en eau de l usine Niveau de la Seine Premier bassin Second bassin Schéma illustratif de fonctionnement du bassin de stockage après 1987 Proliférations algales En période estivale, un accroissement du nombre d algues est observé, d environ un facteur 10. Des traitements ont donc dus être ajoutés après le bassin de stockage : une préozonation et un ajout de sulfate de cuivre. Ceci permet une bonne rétention des algues après la clarification (Montiel, 1998). SAINT HIPPOLYTE : UN STOCKAGE LONG POUR UNE DENITRIFICATION Présentation de la retenue de Saint Hippolyte Le syndicat des eaux de Charente-Maritime a construit une retenue de stockage d eau brute de 1,5 millions de m3 en amont de l usine de production d eau potable Lucien Grand à Saint Hippolyte d une capacité de 60000m3/jour. L eau brute est donc stockée 25 jours. Le directeur d usine, M. Porterie, a transmis les données concernant les nitrates et la turbidité en entrée et en sortie de bassin. Certaines valeurs fausses sont dues à une défaillance d analyseur. Photo de la retenue d eau brute de Saint Hippolyte (Syndicat des Eaux de Charente-Maritime) 12

13 Etude des variations de teneur en nitrate Les données de teneur en nitrate en entrée et en sortie de bassin datent du 01 janvier au 19 novembre La teneur moyenne en nitrate en entrée est de 18,7 mg/l, avec un maximum de 56,6 mg/l et un minimum de 0,1 mg/l. La teneur moyenne en nitrate en sortie est de 10,0 mg/l, avec un maximum de 42,5 mg/l et un minimum de 0,0 mg/l (données de M. Porterie). Les variations journalières étant faibles, des moyennes journalières ont été réalisées en entrée et en sortie. Il en découle un écart moyen entre l entrée et la sortie de 8,8 mg/l, avec un écart maximum de 15,9 mg/l et un écart minimum de 1,8 mg/l. Cette variation de teneur en nitrate n est pas abordée pour les bassins d Orly et de Méry-sur- Oise. Elle pourrait être due à une biomasse dénitrifiante qui peut se développer sur 25 jours, ce qui n est pas le cas pour les exemples précédents, mais aucune donnée à ce sujet n est disponible. Etude des variations de turbidité Les données de turbidité en entrée et en sortie de bassin datent du 01 janvier au 14 mai Elles révèlent de grandes variations de turbidité entre l entrée et la sortie, comme dans le cas des bassins d Orly et de Méry-sur-Oise. La sédimentation qui s opère sur 25 jours est à l origine des résultats suivants. En entrée de bassin, la turbidité moyenne est de 56,45 NFU alors qu en sortie de bassin, la turbidité moyenne est de 2,25 NFU (données de M. Porterie). La turbidité est très variable dans une journée et une moyenne journalière n aurait que peu de sens. Ci-dessous sont présentées les variations de turbidité en entrée et en sortie de bassin le 29 janvier, jour durant lequel les variations en entrée sont les plus faibles, et le 27 mars, jour durant lequel les variations en entrée sont les plus fortes. 13

14 En sortie de bassin, les variations intra journalières sont très faibles, une très grande majorité étant inférieure à 5 NFU. En revanche, en entrée de bassin, les variations sont plus importantes, avec un maximum de fréquence entre 30 et 35 NFU (Données de M. Porterie). GANGES : UN STOCK D EAU BRUTE EN TERRITOIRE RURAL Présentation du SIAEP de la Région de Ganges (34) Le SIAEP, syndicat intercommunal d adduction en eau potable, de la région de Ganges regroupe quatre communes de l Hérault : Ganges, Cazilhac, Laroque et Moulès-et-Baucels. La population de ces communes et l extension territoriale du réseau fait de SIAEP un syndicat de zone rurale. En 2007, le nombre total de branchements s élevait à un peu plus de Les volumes produits sont de l ordre de m3/an sur les dernières années, soit une production journalière moyenne de 1650 m3/j (Saur, 2007). Le syndicat ne possède actuellement qu une seule ressource en eau. L eau provient d un pompage dans la rivière Hérault, ressource superficielle qui nécessite un traitement physicochimique et une désinfection. La capacité de fonctionnement de la station de traitement est de 120 m3/h, soit m3/j pour un fonctionnement sur vingt heures (Saur, 2007). Bâche d eau brute et sécurisation du réseau La situation relativement isolée du syndicat de Ganges fait que pour le moment, aucune interconnexion avec un réseau voisin n a été réalisée. En effet, cela signifierait la pose de dizaine de kilomètres de canalisation, à amortir sur 3500 abonnés. Il n existe pas d interconnexion avec un autre centre de production du syndicat puisqu il n en possède qu un seul. Des prospections en zone karstique sont en cours. Les seuls dispositifs mis en place pour se protéger des pollutions superficielles sont donc les deux bâches d eau brutes d un volume total de 1600 m3 ce qui correspond à environ une journée de consommation moyenne de 1650 m3. Par ailleurs, les réservoirs d eau traitée ont une capacité totale de 3450 m3, soit deux jours de consommation moyenne. Les bâches et réservoirs permettent un approvisionnement des foyers durant trois jours en cas d arrêt de pompage dans l Hérault, durée qui semble suffisante pour qu une pollution s estompe sur ce bassin versant montagneux. Un autre rôle des bâches d eau brute est leur rôle opérationnel dans l usine de potabilisation. Les réserves d eau brute permettent à la station de fonctionner en continu, alors que le pompage à la prise d eau peut être effectué de façon discontinue, et avec un débit plus important. On gagne en souplesse de fonctionnement. Par ailleurs, par décantation alternée, les bâches d eau brute diminuent la turbidité et simplifient la floculation (Saur, 2007). IMPLANTATION ET DIMENSIONNEMENT D UN BASSIN HYDROGEOLOGIE ET ABANDON D UN PROJET DE BASSIN D EAU BRUTE A NEUILLY- SUR-MARNE Le bassin d eau brute de l usine de Méry-sur-Oise, construit en 1980, est un système efficace contre les pollutions de surface, et sert de plus de prétraitement. La station de traitement a cependant une plus petite capacité de production que les deux autres usines et le SEDIF a donc souhaité à la fin des années 1990 construire un autre bassin d eau brute en amont de l usine de Neuilly-sur-Marne. Pour une durée de stockage équivalente à celle de Méry-sur-Oise, les dimensions du bassin à Neuilly auraient été de l ordre de m3 pour une surface de sept hectares. Pour des bassins aussi importants, il est inenvisageable de les rendre étanches vis-à-vis du sol pour des raisons de coût. 14

15 coupe géologique de Neuilly-sur-Marne (source : Etude d impact de l aménagement de la haute Ile, 2002) Figure : Par entretien téléphonique, M. Chagneau nous a indiqué que les études hydrogéologiques ont montré que des remontées d eau fortement sulfatées de la nappe des Sables de Beauchamp interdisaient l utilisation de l eau du futur bassin pour la production d eau potable. Le projet a donc été abandonné. FONCIER ET DIMENSIONNEMENT Le mémento technique de Degrémont indique que «le volume de stockage est déterminé en fonction des risques de pollution en amont de la prise d eau, et de la durée maximale envisagée pour l arrêt du pompage direct d eau brute» (Degrémont Suez, 2005). Pourtant, les études de cas précédentes semblent indiquer que les volumes de stockages choisis n ont pas été déterminés de cette façon. Dans le cas du syndicat en zone rurale de la région de Ganges, l eau brute est stockée dans deux réservoirs classiques en béton au point haut de la colline où se situe la station de traitement. Le sol étant difficile à excaver, les volumes de stockage ne pouvaient pas être nettement plus importants. Le bassin de l usine d Orly est situé dans une ancienne darse. Elle a été réhabilitée pour avoir une nouvelle utilisation, mais ses dimensions n ont pas évolué énormément. Enfin, le bassin de Méry-sur-Oise a été construit sur une réserve foncière du SEDIF située entre l usine de traitement et l Oise. Là encore, les extensions en surface n étaient pas fortement variables. Il serait donc juste de dire dans certains cas que le volume de stockage est déterminé par la surface disponible au sol, ce qui induit la durée des pollutions contre lesquelles la protection est possible. CONSIDERATIONS FINANCIERES : UN FREIN A L IMPLANTATION DE BASSIN? La mise en place d un bassin de stockage d eau brute demande une emprise foncière importante en zone urbaine, de l ordre de plusieurs hectares. Selon le mémento technique de Degrémont, «le stockage d eau brute requiert de grandes surfaces de terrain, onéreuses, voire irréalisables en milieu urbain» (Degrémont Suez, 2005). Cette assertion vient de l existence d une pression foncière qui a pour conséquence des prix au mètre-carré élevés. Si la collectivité possède une réserve foncière bien située et de taille adaptée, ceci ne constitue plus un frein à l implantation d un bassin. 15

16 CONCLUSION Cette synthèse s est intéressée à étudier les retenues d eau brute en tant que protection contre les pollutions superficielles. Nous avons vu dans un premier temps que les pollutions accidentelles dans les eaux superficielles étaient un phénomène relativement fréquent qui devait être pris en compte pour l alimentation en eau potable. Un de ces systèmes consiste à stocker de l eau brute en amont d une usine de potabilisation. Pourtant les retenues d eau brute ne sont préconisées par aucune des six agences de l eau dans leur neuvième programme, alors que l agence de l eau Seine-Normandie a sur son territoire deux grandes retenues: la darse d Orly et le bassin de Méry-sur-Oise. Dans une deuxième partie, nous avons étudié l efficacité d une retenue d eau brute dans la sécurisation contre les pollutions superficielles, mais aussi le rôle de prétraitement qui leur est conféré. Ainsi, bien que le bassin de Méry-sur-Oise ait une taille conséquente, m3, son utilisation par le SEDIF reste anecdotique, car le syndicat possède d autres systèmes de protection telles les interconnexions. En revanche, les retenues d eau brute du SIAEP Ganges sont indispensables car le territoire est en milieu rural et en zone karstique. Les retenues d eau brute peuvent également avoir un rôle de prétraitement comme dans le cas de la darse d Orly concernant les ions ammonium et la turbidité, et pour la retenue de Saint Hippolyte pour les nitrates et la turbidité. Dans une dernière partie, nous avons abordé le fait qu il existe deux freins à l implantation de retenue d eau brute: l hydrogéologie pour des questions de remontée de nappe et de relargage, ainsi que les considérations financières. Enfin, le dimensionnement des retenues peut se faire en fonction du nombre de jours d indépendance souhaité, mais aussi en fonction de la disponibilité de surface. 16

17 BIBLIOGRAPHIE Agence de l eau Adour-Garonne, [mis à jour : 30/11/2008]. 9 ème programme. Toulouse, Agence de l eau Adour-Garonne. Disponible sur internet : Agence de l eau Artois-Picardie, [mis à jour : 12/01/2008]. Les orientations techniques. Douai, Agence de l eau Artois Picardie. Disponible sur internet : _les_orientations_techniques.pdf Agence de l eau Loire-Bretagne, [mis à jour : 30/11/2008]. Rapport d activité Orléans, Agence de l eau Loire-Bretagne. Disponible sur internet : Agence de l eau Rhin-Meuse, [mis à jour : 22/07/2008]. 9 ème programme. Metz, Agence de l eau Rhin-Meuse. Disponible sur internet : Agence de l eau Rhône Méditerranée Corse, [mis à jour : 30/11/2008]. Lyon, RMC. Disponible sur internet : Agence de l eau Seine Normandie, [mis à jour : 22/10/2008]. La satisfaction des besoins en eau. Nanterre, Agence de l eau Seine Normandie. Disponible sur internet : normandie.fr/fileadmin/mediatheque/politique_de_leau/9eme_programme/d_coupage/c4_- _Satisf._besoins_en_eau.pdf Barpi, [mis à jour : 30/11/2008]. Pollutions accidentelles des eaux de surface continentales. Lyon, Barpi. Disponible sur internet : nthese.pdf Celerier J-L., Faby J-A., La dégradation de la qualité de l eau potable. Paris, FNDAE, Hors-série 12, 98p. Degrémont Suez, Stockage d eau brute (emmagasinage). IN :Mémento technique de l eau, Tome 2, Chapitre 22. Rueil Malmaison, Degrémont, pp1169. IFEN, L eau. IN : Les synthèses de l IFEN, IFEN, km de conduites pour distribuer l eau potable. Les données de l environnement, 71, 4p. Montiel A., Welte B., Le stockage d eaux brutes en amont d une filière de potabilisation. Techniques Sciences et Méthodes, 12, Porterie M., Fichier EXCEL. Saunier Techna, ENSP Rennes, Protection des prises d eau de surface, quelles stratégies? Guide méthodologique. Rennes, ENSP, 55 p. Saur, Rapport d exploitation du SIAEP de la région de Ganges. Sedif, [mis à jour : 27/11/2008]. Bilan des échanges d eau. Paris, Sedif. Disponible sur internet : 17

18 Sedif, [mis à jour : 27/11/2008]. Bilan d exploitation des usines de production. Paris, Sedif. Disponible sur internet : usines_de_production_2007.pdf Sedif, [mis à jour : 27/11/2008]. Bilan 2007 de fonctionnement des stations de pompage, réservoirs, usines à puits et stations de chloration. Paris, Sedif. Disponible sur internet : reservoirs_2007.pdf Sedif, [mis à jour : 27/11/2008]. Rapport d activité 2007 du SEDIF. Paris, Sedif. Disponible sur internet : Sedif, [mis à jour : 27/11/2008]. Usine de Méry-Sur-Oise. Paris, Sedif. Disponible sur internet : 18