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Conception d’une station
de traitement des eaux
usées dans une commune
rurale
Analyse, choix et réalisation de la méthode la plus
appropriée à la commune et aux milieux aquatiques
CHEVALIER, Gary
GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI, Michel
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de traitement des eaux
usées dans une commune
rurale
Analyse, choix et réalisation de la méthode la plus
appropriée à la commune et aux milieux aquatiques
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Tuteur : BACCHI Michel
Avertissement
 Le PIND est un premier test qui permet à l’élève ingénieur de s’évaluer
(et d’être évalué par les enseignants), de prendre conscience des
connaissances acquises mais également de la marge de progression et des
éléments qui lui restent à acquérir.
 Le PIND est un espace de liberté (le seul dans la formation) qui mesure
la motivation de l’élève ingénieur pour l’aménagement.
 Le PIND est un exercice qui doit permettre de problématiser un sujet en
s’appuyant sur des recherches bibliographiques, d’élaborer un diagnostic
orienté et d’émettre des propositions.
2
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Tuteur : BACCHI Michel
Remerciements
Je remercie dans un premier temps Monsieur Michel BACCHI, mon tuteur
de ce projet, pour ses conseils et pour m’avoir aidé à réaliser ce projet.
Je remercie Monsieur William GEORGES, le maire de la commune de
Bagneaux, pour m’avoir donné de nombreuses informations sur la commune.
Je remercie Monsieur Grégory MOREAU, responsable développement de
l’entreprise Jean-Voisin, pour ses informations sur les filtres plantés de roseaux.
Je remercie enfin l’ensemble des professeurs de l’école polytechnique de
l’université de Tours, pour avoir répondue à l’ensemble de mes questions.
3
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Sommaire
Avertissement………………….………………………………………………1
Remerciements………………………………………………………...………2
Sommaire…………………………………………………………..………….3
Introduction…………………………………………………………..……….4
Partie I : État initial du terrain d’étude………………………………………5
1- Présentation de la commune de Bagneaux………………………..…….6
2- La gestion de l’eau au sein de la commune……………………...……..11
3- Les contraintes du site………………………………………...……….15
Partie II : Le traitement des eaux usées pour la commune de Bagneaux.…21
1- Études des méthodes de traitement des eaux usées…………………….22
2- Choix de la méthode retenue pour la commune de Bagneaux……….…29
Partie III : La conception de la station de traitement des eaux usées……...40
1- Réalisation d’une station à filtre plantée de roseaux……………….…..41
2- Étude financière………………………………………………...……..56
Conclusion…………………………………………………………...………59
Bibliographie…………………………………………………………………60
Index des sigles……………………………………………………………….62
Annexes……………………………………………………………………….64
Table des matières…………………………………………………..………..72
4
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Introduction
Les élues de la commune de Bagneaux souhaitent la mise aux normes des
rejets des eaux usées au sein de la commune. Pour cela, le conseil municipal a
fait appel en 2013 à la société BIOS (bureau d’étude situé à Aillant-sur-Tholon
dans l’Yonne) afin de réaliser l’étude du zonage d’assainissement.
Cette étude a abouti à une proposition de 2 modes d’assainissement,
l’assainissement collectif et non collectif. Ainsi, l’assainissement collectif sera
réservé au bourg de la commune (car c’est le lieu où il y a le plus d’habitant)
tandis que les hameaux devront s’équiper d’assainissement autonome aux
normes.
A ce jour, le plan du future réseau d’assainissent collectif a été réalisé
mais aucun travaux n’a encore été engagés. De plus, les études sur la future
station de traitement des eaux usées n’ont toujours pas été réalisées.
L’objectif de ce projet individuel est ainsi de réaliser les études sur la
future station de traitements des eaux usées. En effet, il est nécessaire de
déterminer qu’elle est la méthode la mieux appropriée à la commune et aux
milieux aquatiques et de réaliser les plans de la station. Mais il est également
essentiel d’étudier les impacts qu’aura la station sur le milieu récepteur.
La finalité principale de la collecte et de l’épuration des eaux usées d’une
commune est d’assurer la protection de l’hygiène publique tout en rejetant les
eaux épurées dans un milieu récepteur dans des conditions permettant le
maintien ou l’amélioration de la qualité de ce milieu. L’impact majeur sur
l’environnement des ouvrages destinés à l’épuration des eaux résiduaires
urbaines est donc positif. Mais, comme toute installation, ces ouvrages ont
également des impacts négatifs.
Ce projet s’inscrit également dans la cadre des objectifs de la loi sur l’eau
et les milieux aquatiques (LEMA) du 30 décembre 2006. Les ambitions de cette
loi est d’atteindre les objectifs de la directive cadre européenne sur l’eau
d’octobre 2000 qui vise en particulier le retour à un bon état des eaux d’ici 2015.
Or, cette objectif est encore très loin d’être atteint.
Ainsi, ce projet soulève plusieurs questions telles que : Quelles sont les
contraintes du site dans la réalisation d’une station de traitement des eaux usées ?
Quelles sont les méthodes de traitement des eaux et laquelle est la mieux
appropriée à la commune et aux milieux aquatiques ? Quelles seront les impacts
qu’aura la future station sur la commune et sur le milieu récepteur ?
5
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Partie I : État initial du
terrain d’étude
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1 – Présentation de la commune de
Bagneaux.
1.1- Zone géographique et administrative.
La commune de Bagneaux est une petite commune de 230 habitants située
dans le département de l’Yonne entre Sens et Troyes, à 2 km à l’est de
Villeneuve-L’archevêque. La commune se compose d’un bourg et de plusieurs
hameaux. Le tout s’étant sur un territoire de 16,24 km2
. La rivière La Vanne
coule au sud de la commune.
Sens
Troyes
Yonne
Bagneaux
Figure 1 : Localisation de la commune de Bagneaux
Source : Géoportail
7
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Bagneaux se situe dans l’arrondissement de Sens, dans le canton de
Villeneuve-L’archevêque et fait partie de la communauté de commune de la
Vanne et du Pays d’Othe. Le maire actuel de la commune est Monsieur
GEORGES William.
Figure 2 : Communauté de commune de la Vanne et du Pays d'Othe
Source : Bulletin n°19 « Communauté de Commune de la Vanne et du Pays d’Othe »
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1.2- Population, logements et activités économiques.
La figure suivante montre l’évolution de la population de Bagneaux de 1962
à 2012.
La population actuelle de la commune de Bagneaux est de 230 habitants et
la densité est de 14.2 habitants par km2.
La population de Bagneaux a connu une nette augmentation à partir de 1982,
avec près de 75.6 % d’habitant en plus de 1982 à 2012, soit 2.52 % par an. Une
estimation selon une projection polynomiale (en rouge) de l’évolution de la
population donnerait une population de 381 habitants en 2025. Tandis qu’une
projection linéaire donnerait une population de 289 habitants en 2025 (en vert).
Mais l’I.N.S.E.E prévoit une augmentation de 0.2 % tous les ans dans le
département de l’Yonne. Cette estimation prévoirait une population de 235
habitants en 2025.
Savoir le nombre d’habitant au sein de la commune, ainsi que la possibilité
que celui-ci augmente dans le futur, permettra de déterminer la capacité
épuratoire de la future station. Mais il faut également connaître le pourcentage
de résidence secondaire afin de déterminer si les fluctuations de charge polluante
arrivant à la station seront importantes au cours de l’année.
La répartition des logements au sein de la commune est présentée dans le
tableau ci-dessous :
Figure 3 : Évolutions de la population de Bagneaux et estimations
Source : I.N.S.E.E
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Types de logements
Nombre
(2011)
Pourcentage
Résidences principales 96 67,3
Résidences secondaires 30 21,3
Logements vacants 16 11,4
Total 142 100
Nombre moyen d'habitant par résidence
principale
2,4
Tableau 1 : Types de logement à Bagneaux
Source : I.N.S.E.E
Il y a un fort pourcentage de résidence secondaire. La station devra donc être
capable de bien supporter les fluctuations de charge au cours de l’année.
La principale activité économique sur la commune est l’agriculture. Il y a en
effet 7 exploitations actuellement existantes. Ces exploitations peuvent avoir un
impact sur les effluents arrivant à la station car elles peuvent produire un volume
plus fort d’eau résiduaire ainsi qu’un flux plus ou moins fort de pollution.
1.3- Les documents d’urbanisme.
Afin de connaitre les perspectives de développement au cœur de la
commune, il est nécessaire d’étudier les documents d’urbanisme en vigueur. En
effet, un PLU (Plan Local d’Urbanisme) est existant sur la commune de
Bagneaux et il a été approuvé en 2007.
Des terrains sont disponibles pour l’urbanisation, surtout au niveau du bourg
de Bagneaux. La carte suivante montre les zones AU (à urbaniser) au niveau du
bourg de la commune. Nous remarquons que 11.23 hectares sont disponibles
pour la réalisation de nouvelle habitation.
10
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Figure 4 : Zonage du PLU de Bagneaux au niveau du bourg
Source : PLU de Bagneaux
Il y a également 4.85 hectares de zones à urbaniser au niveau du hameau
« Rateau » de la commune.
Un SCOT (Schéma de Cohérence et d’Organisation Territorial) est en cour
de réalisation au niveau des Communautés de Commune du Sénonais afin de
mettre en place l’organisation du territoire en définissant les spécificités de
chacun et les orientations.
Au niveau de la communauté de commune de la Vanne et du pays d’Othe,
un PLUi (Plan Local d’Urbanisme intercommunal) est également en cour de
réalisation. Il y a en effet encore beaucoup de communes qui n’ont pas de
document d’urbanisme, d’autres qui ont encore un POS (Plan d’Occupation des
Sols) qui sera obsolète au mieux le 31 décembre 2015.
Le PLUi va ainsi créer des projets d’urbanisme et d’aménagement qui
fixeront les règles générales d’utilisation des sols sur l’intégralité du territoire
communautaire. Il faut donc prévoir que les règlements d’urbanisme en vigueur
sur la commune seront modifiés dans les années à venir.
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Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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2- La gestion de l’eau au sein de la
commune.
2.1- Eaux potables.
Sur la commune de Bagneaux, c’est le Syndicat Intercommunal d’Adduction
d’Eaux de Sens Nord-est qui gère le réseau de distribution. Le syndicat a délégué
ce service à la SAUR à travers un contrat d’affermage.
L’affermage est une délégation de service public où la collectivité publique
assure le renouvellement des infrastructures tandis que l’exploitant privé réalise
l’activité d’alimentation en eau potable.
Les consommations de la commune en 2010 ont été de 14 225 m3
pour 147
branchements, soit 97 m3
par abonné et par an. Le prix de l’eau en 2014 était de :
- Abonnement part Syndicale : 13,0 € HT/an.
- Abonnement part SAUR : 35,36 € HT/an.
- Prix de l’eau part Syndicale : 0.3623 € HT/m3
.
- Prix de l’eau part SAUR : 0.7555 € HT/m3
.
- Lutte contre la pollution : 0.4 € HT/m3
.
- Préservation des ressources en eau : 0.0814 € HT/m3
.
- TVA : 5,5 %
Soit, pour une facture de 97 m3
/an : 214,67 € TTC/an (2.24 €/m3
).
La future station de traitement des eaux usées aura un impact sur la facture.
En effet, afin de payer les charges de fonctionnement de la station, les abonnés
devront payer une charge supplémentaire.
La station ne devra pas être placée à proximité d’un captage d’eau potable
pour éviter sa contamination. Il n’y a pas de captage d’eau potable sur la
commune. Mais un captage d’eau potable des eaux de la ville de Paris situé dans
la commune voisine est présent. Son périmètre de protection rapprochée déborde
sur la commune de Bagneaux comme le montre la carte ci-dessous :
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Figure 5 : Périmètre de protection rapprochée sur la commune de Bagneaux
Source : PLU de Bagneaux
La station devra ainsi ne pas se situer dans ce périmètre de protection
rapprochée afin de ne pas polluer la ressource en eau potable.
2.2- Eaux usées.
La commune de Bagneaux n’est pas actuellement dotée d’infrastructures
collectives de traitement. Les habitants recourent donc tous aux techniques
d’assainissement individuel. Mais la commune a fait appel, en 2013, à un bureau
d’étude pour réaliser le schéma directeur d’assainissement.
Cette étude a abouti à une proposition de zonage des 2 modes
d’assainissement (collectif et non collectif). Le plan du futur réseau
d’assainissement qui sera présent sur le bourg de la commune est représenté sur
la carte ci-dessous :
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Ce réseau sera entièrement séparatif, c’est-à-dire qu’aucune eau pluviale ne
sera recueillie par ce réseau. On remarque que le bureau d’étude avait déjà
réfléchi à l’emplacement futur possible de la station de traitement des eaux usées,
en bas à droite du plan ci-dessus.
2.3- Eaux pluviales.
Sur les deux hameaux de la commune de Bagneaux, le réseau pluvial est très
sommaire. En effet, les écoulements de chaussée sont canalisés par des
aménagements en bordure de trottoir. Sur le bourg de Bagneaux, un réseau
collecte les eaux pluviales et il est présent dans la partie basse du bourg.
L’exutoire est la Vanne où se rejette les eaux pluviales via des fossés. Des fossés
collectent également les eaux sur la partie haute du bourg.
Figure 6 : Zonage d'assainissement collectif
Source : Étude du zonage d’assainissement
Emplacement possible de
la future S.T.E.P
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2.4- Gestion et entretien de la rivière La Vanne.
La commune de Bagneaux fait partie du Syndicat Intercommunal
d’Assainissement et d’Irrigation de la Vallée de la Vanne et de ses affluents
(SIAIVV). Le syndicat regroupe toutes les communes riveraines du cours
principal de la Vanne sur les départements de l’Aube et de l’Yonne. Le syndicat
a été constitué afin de réaliser un programme d’assainissement des zones
agricoles dans la vallée et de lutter contre les crues.
Le syndicat réalise donc les aménagements de la rivière pour limiter les crues
et pour atteindre le bon état écologique de la rivière. Il a donc une certaine
importance pour les réalisations des stations de traitement des eaux usées car les
rejets des stations ont un impact sur l’état écologique des rivières.
Une association de pêche, l’A.A.P.P.M.A (Association Agréée de Pêche et
de Protection des Milieux Aquatiques) de Villeneuve-L’archevêque, gère la
pêche et le peuplement piscicole sur la rivière La Vanne depuis son entrée dans
le département de l’Yonne jusqu’à la limite avec la prochaine A.A.P.P.M.A.
L’association effectue des déversements de truite fario, qui est l’espèce
piscicole dominante, quatre fois par an. D’autres espèces sont également
présentes, mais en plus faible quantité.
La future station devra avoir le plus faible impact possible sur la rivière afin
de pouvoir maintenir et/ou améliorer le bon état écologique de la rivière et ainsi
de ne pas nuire à l’association de pêche.
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Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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3- Les contraintes du site.
3.1- Climat.
Le climat semble a priori peu important pour les stations d’épuration.
Pourtant, certains facteurs peuvent avoir une importance non négligeable.
L’ensoleillement a un rôle important pour certains types de traitement et pour
le séchage naturel des boues. Aussi, il conviendra de repérer les sites bien
exposés et ensoleillés suivant les filières d’épuration.
Les températures sont un facteur important dans les régions froides, du fait
de l’existence de températures critiques pour les traitements biologiques.
Les relevés météorologiques les plus proches sont situés à Troyes, à 36
kilomètres de la commune de Bagneaux et ils sont présentés dans le graphique
ci-dessous :
Figure 7 : Données météorologiques sur la commune de Bagneaux
Source : Météo-France
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0
50
100
150
200
250
T°C
Ensolleillement
(h)
Mois
Normales annuelles de la station de Troyes
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L’ensoleillement aura une certaine importance selon le type de traitement
retenu. Quant aux températures, les très faibles valeurs possibles en hiver
(température minimum de -21°C en Janvier) réduiront les performances
épuratoires de la future station du fait que le traitement sera biologique et donc
moins efficace lorsqu’il fait froid. Les hautes températures possibles en été
(température maximum de 41°C en Août) peuvent également avoir un impact
sur certain type de traitement (comme par exemple le lagunage).
3.2- Risques d’inondation et topographie de la commune.
La rivière La Vanne et sa vallée délimitent la seule zone inondable de la
commune. La Vanne est une rivière de première catégorie et a un débit moyen
de 5.4 m3
.s-1
. Elle est un affluent de l’Yonne et donc un sous-affluent de la Seine.
La carte suivante montre les zones inondables sur la commune de Bagneaux :
Le lit mineur est la zone où la rivière coule en temps normal. Le lit moyen
est, en cas de crue, une zone de grand écoulement et de mobilité. Et le lit majeur
est une zone d’expansion des crues rares à exceptionnelles.
Les textes règlementaires interdisent la construction de stations d’épuration
en zone inondable, mais ils existent des possibilités de dérogation. Il est en effet
parfois nécessaire, techniquement, de construire les stations d’épuration au point
bas, donc très souvent en zone inondable.
Figure 8 : Plan des zones inondables de La Vanne
Source : PLU de Bagneaux
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Ce qui sera peut-être le cas sur la commune de Bagneaux où, pour permettre
un écoulement des eaux usées totalement gravitaire, la station de traitement des
eaux usées doit être placée en zone inondable comme le démontre la carte ci-
dessous :
Figure 9 : Altitude sur la commune de Bagneaux
Source : http://fr-fr.topographic-map.com/
La future station d’épuration devra donc être soit en zone inondable pour
permettre un écoulement gravitaire de l’eau, soit en dehors de la zone inondable
mais en étant obligée d’acheminer l’eau à l’aide de poste de relevage.
3.3- L’occupation de l’espace.
L’implantation d’une station de traitement des eaux usées consomme de
l’espace et a des impacts quantitatifs du fait de la surface consommée. Ils sont
aussi qualitatifs, du fait de la vocation des espaces occupés et de la nature de la
station d’épuration (une station peut être plus ou moins compacte et peut plus ou
moins s’intégrer dans le paysage). Le coût des terrains entre aussi en jeu dans le
choix du site et du type de traitement.
127 m
116 m
111 m
106 m
Limite de la
zone inondable
18
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Au niveau du bourg de Bagneaux, on distingue trois types majeurs de
paysage présentés sur la carte ci-dessous :
Figure 10 : Type de paysage sur le bourg de Bagneaux
La meilleure implantation pour la future station serait dans une zone humide
car elles ont une valeur foncière très faible. Mais toutes ces zones sont dans des
zones inondables.
Une autre implantation possible serait dans un paysage agricole, ils sont en
effet pour la plupart hors zone inondable mais ont une valeur foncière plus
élevée.
Paysage de zone humide et de forêt
Paysage agricole
Paysage de zone urbanisée
19
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3.4- Qualité du milieu aquatique récepteur : La Vanne.
Les débits de La Vanne ont été observés sur une période de 53 ans à Pont-
sur-Vanne, situé à 15 km en aval de Bagneaux. Les valeurs des débits moyens
mensuels sont représentées sur le graphique si dessous :
Figure 11 : Moyenne des débits mensuels de La Vanne
Source : www.hydro.eaufrance.fr
La Vanne présente un régime hydrologique de type pluvial océanique.
En effet, nous pouvons remarquer des périodes de haute eau en hiver et des
périodes de basse eau en été.
La qualité des eaux de la rivière est en générale bonne. Plusieurs paramètres
chimiques et biologiques ont été mesurés à Pont-sur-Vanne également. Les
résultats de chaque paramètre peuvent être classés en 5 classes :
- Très bon
- Bon
- Passable
- Mauvais
- Très mauvais
Le tableau ci-dessous présente les résultats des matières organiques et
oxydables (MOOX), les matières azotées (MA), les nitrates (NO3-
), les matières
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Débit
moyen
(m
3
/s)
Mois
Débit moyen de La Vanne (m3/s)
Débit moyen (m3/s)
20
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phosphorés (MAP), l’indice biologique global normalisé (IBGN), l’indice
biologique diatomé (IBD) et l’indice poisson rivière (IPR) sur la rivière La
Vanne.
Paramètres Classe
MOOX Passable
MA Très bon
NO3- Mauvais
MAP Très bon
IBGN Très bon
IBD Bon
IPR Passable
Tableau 2 : Paramètres chimiques et biologiques de La Vanne
Source : Dreal de bourgogne et Onema
Il y a un taux très élevé en nitrate et en matière organique et oxydable.
L’excès en nitrate dérègle l’équilibre biologique des milieux en favorisant
l’eutrophisation. Les nitrates limitent également les usages de l’eau, notamment
en étant indésirables pour la production d’eau potable.
Les matières organiques et oxydables consomment l’oxygène dissous dans
l’eau pour se dégrader. Cela provoque la désoxygénation du milieu, au détriment
de la vie aquatique qui conduit à une réduction de la richesse des écosystèmes.
Afin d’éviter une détérioration de la qualité du milieu, la future station de
traitement des eaux usées devra avoir le plus faible impact possible sur le milieu
récepteur afin de pouvoir améliorer les paramètres chimiques et biologiques.
21
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Partie II : Le traitement
des eaux usées pour la
commune de Bagneaux
22
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1– Études des méthodes de traitement
des eaux usées.
1.1- Le traitement des eaux usées
Le principe de l’épuration des eaux usées urbaines est basé, dans la plupart
des cas, sur la dégradation biologique aérobie des pollutions présentes dans les
eaux usées. Dans la nature, les microorganismes présents dans les rivières et dans
les sols effectuent spontanément une biodégradation de la pollution des eaux,
c’est le phénomène d’autoépuration.
Les stations de traitement des eaux usées ne font qu’au final d’imiter la
nature mais dans un espace plus confiné où les processus biologiques de
dégradation de la pollution sont amplifiés et intensifiés.
Parmi les procédés biologiques, on distingue essentiellement :
- Les procédés à cultures libres où les microorganismes épurateurs sont
présents librement dans l’eau.
- Les procédés à cultures fixées où les microorganismes sont fixés sur un
support solide.
D’autres techniques, utilisées dans les zones rurales, sont des copies
d’écosystème naturel de type zone humide associant eaux, sols et végétaux. Mais
peu importe les méthodes utilisées pour le traitement des eaux usées, elles
contiennent toutes les étapes décrites ci-dessous :
a- Les prétraitements et traitements primaires
Les prétraitements permettent d’éliminer les déchets de taille importante à
l’aide d’une grille. Les déchets retenus sont en générale, les déchets supérieurs
à 10 mm de diamètre.
Les traitements primaires permettent d’éliminer, dans un premier temps, les
MES (Matières En Suspension) les plus lourdes, c’est-à-dire, les MES qui ont
une densité supérieure à l’eau. Les traitements primaires permettent, dans un
second temps, d’éliminer les huiles et graisses présentent dans les eaux usées.
23
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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b- Les traitements secondaires
Les traitements secondaires permettent, quand l’épuration est biologique,
d’éliminer la pollution carbonée présente dans l’eau par des microorganismes
chimiotrophes. Ces traitements font diminuer la DCO (Demande Chimique en
Oxygène), la DBO5 (Demande Biologique En Oxygène pendant Cinq jours) et
les MES.
c- Les traitements tertiaires
Les traitements tertiaires permettent d’éliminer les matières azotées et
phosphorées présentent dans l’eau quand la station est en zone plus stricte. On
peut prendre par exemple les zones sensibles qui sont des zones particulièrement
sensibles aux pollutions, notamment celles qui sont sujets à l’eutrophisation et
dans lesquelles les rejets de phosphore, d’azote ou de ces deux substances
doivent être réduits.
Les traitements tertiaires permettent également d’augmenter les
rendements d’élimination de la pollution carbonée et de désinfecter l’eau traitée
lorsque qu’elle est rejetée à proximité des zones de baignade.
d- Les traitements des boues
Les traitements des boues permettent de réduire la siccité des boues, c’est-à-
dire à réduire leur teneur en eau pour, au final, réduire leur volume. Ils permettent
également de les stabiliser pour éviter leur fermentation.
24
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1.2- Le lagunage
La technique de
l’épuration par lagunage
consiste à faire circuler
lentement un effluent,
préalablement dégrillé,
dans une succession de
bassins peu profonds,
appelés lagunes. Les
lagunes sont au nombre
minimum de trois et sont
connectées en cascade.
La matière organique
est partiellement dégradée au cours de son cheminement dans les bassins via les
microorganismes aérobies. L’oxygène qui est nécessaire aux bactéries
épuratrices est en partie apporté par photosynthèse grâce aux algues qui se
développent dans les bassins.
Le lagunage naturel demande beaucoup de surface de terrain mais a le coût
de construction le plus faible. L’entretien du système consiste à un curage tous
les cinq ans environ des lagunes et à la tonte des abords.
Figure 13 : Principe de fonctionnement d'une station à lagunage
Source : http://www.crit.archi.fr/
Figure 12 : Exemple de lagunage naturel
Source : http://www.crit.archi.fr/
25
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
1.3- Les boues activées
La technique des boues
activées est la méthode la
plus répandue pour les
agglomérations de plus de
deux mille habitants. En
effet, ce procédé est le plus
efficace pour éliminer la
pollution azotée et
phosphorée.
La dégradation aérobie
de la pollution s’effectue par
un mélange des microorganismes épurateurs présents dans les boues et de
l’effluent à traiter.
Les phases « eaux épurées » et « boues épuratrices » sont ensuite séparées
par gravité dans un décanteur.
Pour éliminer le phosphore, un traitement par précipitation avec ajout de
réactif (le plus souvent, du chlorure ferrique FeCl3) est en général requis pour
atteindre des bons rendements. Mais les filières de types boues activées sont, en
général, peu utilisées dans les petites collectivités en raison de leur complexité
et du coût de leur entretien.
Figure 15 : Principe de fonctionnement d'une station par boue activée
Source : http://eau.seine-et-marne.fr/
Figure 14 : Exemple d'une station par boues
activées
Source : http://eau.seine-et-marne.fr/
26
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1.4- Les disques biologiques
Le procédé d’épuration
par disques biologiques est
un procédé par culture
fixée.
Les microorganismes se
développent et forment un
film biologique épurateur à
la surface d’une batterie de
disques de deux à trois
mètres de diamètre semi-
immergés où l’eau à traiter
circule.
Au cours de la rotation des disques, le biofilm fixé est alternativement mis
en contact avec l’oxygène de l’air et de la pollution à dégrader. L’effluent est
préalablement décanté afin d’éviter tout colmatage des matériaux supports. Les
boues qui se décrochent sont ensuite séparées de l’eau traitée par décantation
dans un clarificateur.
Figure 17 : Principe de fonctionnement d'une station à disque biologique
Source : http://www.eau.public.lu/
Figure 16 : Exemple de station à disque biologique
Source : http://www.eau.public.lu/
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1.5- Les filtres plantés de roseaux
Le principe d’épuration par
les filtres plantés de roseaux
est basé sur le principe du
développement d’une
biomasse aérobie fixée sur un
sol artificiel. Il existe de
nombreuses combinaisons
possibles mais la filière
principale est la filière
classique qui comporte deux
étages verticaux en série.
Le premier étage est alimenté avec des eaux brutes simplement dégrillées.
En effet, les systèmes de traitement primaire ne sont pas nécessaires. Le
colmatage des filtres par les dépôts est évité grâce à l’action mécanique des tiges
des roseaux sous l’action du vent. Les lits du deuxième étage apportent un
complément de traitement dont le but est d’assurer une dégradation complète de
la pollution azotée.
Ce type de traitement a, en général, un coût plus élevé que les stations à
lagunage. L’entretien consiste à couper les roseaux annuellement. Il n’y a pas
d’évacuation de boues liquides, les boues déshydratées (assimilables à du
compost) sont évacuées tous les dix ans environ. Cette filière est actuellement la
plus utilisée en milieu rural du fait de sa facilité d’entretien et de son faible coût
d’exploitation.
Figure 19 : Principe de fonctionnement d'une station à filtre plantée de roseaux
Source : http://www.sillon38.com/
Figure 18 : Exemple de filtre planté de roseaux
Source : http://www.sillon38.com/
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1.6- Les lits bactériens
Le principe d’épuration par
lit bactérien est un procédé par
culture fixée.
Après les traitements
primaires, l’eau arrive sur un lit
de matériaux poreux où les
microorganismes épurateurs
peuvent si fixer. L’oxygène est
apporté par aération du lit
bactérien. Après avoir traversée
le lit bactérien, l’eau va aller
dans un décanteur qui va séparer
l’eau traitée et les boues.
Ce système est majoritairement utilisé pour les eaux très chargées qui
peuvent provenir, par exemple, d’industrie agroalimentaire.
Figure 21 : Principe de fonctionnement d’une station à lit bactérien
Source : http://www.hqe.guidenr.fr/
Figure 20 : Exemple d'une station à lit bactérien
Source : http://www.hqe.guidenr.fr/
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2 – Choix de la méthode retenue pour la
commune de Bagneaux
2.1- Capacité de la future station de traitement des eaux
usées
L’Arrêté du 22 juin 2007, relatif à la collecte, au transport et au traitement
des eaux usées des agglomérations dit :
Les stations d’épuration et leur capacité de traitement sont
dimensionnées de façon à traiter le débit de référence, la charge
brute de pollution organique, ainsi que les flux de pollution
produits par l’agglomération, en tenant compte de ses
perspectives de développement.
L’étude du zonage d’assainissement prévoit que le futur réseau
d’assainissement collectif serait raccordé à 64 habitations présentes sur le bourg.
Nous avons vue dans le tableau 1 (types de logement à Bagneaux) que le taux de
résidences principales au niveau de la commune est de 67,3 % et que le taux de
résidences secondaires est de 21,3 %.
De ce fait, le futur réseau d’assainissement collectif serait raccordé à 43
résidences principales et à 13 résidences secondaires. De plus, nous savons qu’il
y a environ 2,4 habitants par résidence, donc :
- 2,4 * 43 = 103 habitants en résidence principale.
- 2,4 * 13 = 31 habitants en résidence secondaire.
La future station de traitement des eaux usées serait donc raccordée à, au
maximum, environ 134 habitants actuellement.
Mais nous devons prendre également en compte l’évolution future de la
population de Bagneaux. Selon l’Insee, la population dans l’Yonne augmenterait
de 0,2 % tous les ans. Or, la population de Bagneaux à augmenter de 2,57 % par
ans ces dernières années.
Nous allons prendre comme scénario où la population de Bagneaux
continuerait à augmenter légèrement plus que la moyenne de l’Yonne, soit 0,5
% par ans.
De ce fait, si nous nous projetons cinquante ans plus tard en 2065, la
population du bourg serait d’environ 167 habitants.
30
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La future station de traitement des eaux usées aura donc une capacité de 167
EH (équivalents habitants), que l’on peut arrondir à 170 EH, pour prévoir le
développement futur de la population.
Tous ces éléments cités précédemment sont résumés dans le tableau ci-dessous :
Nombre %
Habitations raccordées 64 100
Résidences principales 43 67,3
Résidences
secondaires
13 21,3
Habitants en résidence
principale
103 76,9
Habitants en résidence
secondaire
31 23,1
Total habitants
raccordés
134 100
Estimation de
l'évolution de la
population par an
- 0,5
Habitants raccordés
estimé en 2065
167 -
Tableau 3 : Estimation de la population du bourg en 2065
2.2- Type d’effluent à traiter
La station recevra principalement des eaux résiduaires urbaines et quelques
eaux résiduaires proviendraient de deux exploitations agricoles céréalières
présentent sur le bourg de la commune mais elles seront en très faible quantité
comparées aux eaux résiduaires urbaines.
La station ne recevra aucune eau pluviale car le réseau d’assainissement
collectif sera entièrement séparatif.
La station aura une capacité maximale de 170 EH. Un équivalent habitant
correspond à la quantité de pollution qu’un habitant rejette par jour, soit :
- 120 g de DCO (Demande Chimique en Oxygène) par habitant et par jour.
- 60 g de DBO5 (Demande Biologique en Oxygène en 5 jours) par habitant
et par jour.
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- 90 g de MES (Matières En Suspension) par habitant et par jour.
- 15 g de NTK (Azote de Kjeldahl) par habitant et par jour.
- 6 g de Pt (Phosphore totale) par habitant et par jour.
Un équivalent habitant correspond également à 150 litres d’eau usée par
habitant et par jour.
Nous pouvons donc estimer les caractéristiques de l’eau à traiter par la future
station de traitement des eaux usées qui sont présentées dans le tableau suivant :
Caractéristiques de l'effluent à traiter
Capacité épuratoire de la station (EH) 170
Débit d'eau à traiter (m3
/jour) 25,5
Débit d'eau à traiter (m3
/h) 1,1
Flux massique Concentration massique
kg/jour g/h mg/l g/m3
DCO 20,4 850 800 800
DBO5 10,2 425 400 400
MES 15,3 638 600 600
NKT 2,6 108 100 100
Pt 1,0 42 40 40
Tableau 4 : Caractéristiques de l'eau à traiter par la future station
2.3- Capacité d’épuration à obtenir avant le rejet dans le
milieu naturel
Les stations de traitement des eaux usées doivent respecter les normes de
rejet définies par l’arrêté du 22 juin 2007.
Les stations peuvent être divisées en deux catégories :
- Les stations traitant une charge brute de pollution organique inférieure
ou égale à 120 kg/j de DBO5 (ou inférieure ou égale à 2 000 EH).
- Les stations traitent une charge brute de pollution organique supérieure
à 120 kg/j de DBO5 (ou supérieure à 2 000 EH).
Les stations d’une capacité supérieure à 2 000 EH ont des normes de rejets
beaucoup plus stricts. De plus, si ces stations se situent dans des zones sensibles
sujettes à l’eutrophisation, des normes de rejet de l’azote total (NGL) et du
phosphore total (Pt) sont prescrites. Ce qui n’est pas forcément le cas pour les
stations ayant une capacité inférieure à 2 000 EH.
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Le traitement de l’eau usée pour les stations ayant une capacité inférieur à
2 000 EH doit, au minimum, permettre d’atteindre les rendements ou la
concentration prévue est dans l’annexe I de l’Arrêté du 22 juin 2007, présenté
ci-dessous :
Paramètres
Concentration à ne
pas dépasser
Rendement minimum à atteindre
DBO5 35 mg/l 60%
DCO 60%
MES 50%
Tableau 5 : Annexe 1 de l'Arrêté du 22 juin 2007
Des valeurs plus sévères que celles mentionnées en annexe I peuvent être
fixées par le préfet si les objectifs de qualité des eaux réceptrices les rendent
nécessaires. Notamment si le débit de rejet de la station d’épuration est supérieur
à 25 % du débit du cours d’eau récepteur du rejet pendant une partie de l’année
Le débit de rejet de la station sera au maximum de 25,5 m3
/j et le débit de la
rivière La Vanne à un débit moyen de 5,40 m3
/s et un débit d’étiage de 3,8 m3
/s,
soit 328 320 m3
/j. 25% du débit d’étiage représente 82 080 m3/j. Le débit de
rejet de la station est donc nettement inférieur à 25% du débit du cours d’eau
récepteur.
Les effluents traités par la future station de traitement des eaux usées
pourront donc uniquement respecter l’annexe 1 de l’arrêté du 22 juin 2007.
2.4- Comparaison des différentes méthodes
Comme nous venons de le voir précédemment, il existe de multiple façon de
traiter les eaux usées. Mais toutes ces méthodes ont des rendements épuratoires,
des coûts, des modes d’exploitation, des superficies et une intégration dans le
paysage différente.
En milieu rurale, la conception des petites stations doit être simple et
permettre une exploitation aisée. En effet, l’entretien y est presque toujours
assuré par un personnel non spécialisé, souvent affecté à temps partiel à
l’installation.
Les petites communes rurales ont des ressources financières limitées. De ce
fait, les procédés d’épuration qui ont un coût et une complexité d’entretien élevée
sont généralement peu utilisés car ils peuvent consommer trop d’électricité et de
réactif.
33
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La superficie de la station d’épuration n’est pas une problématique majeure
car il y a, en générale, beaucoup d’espaces disponibles dans les communes
rurales. Mais il faut également prendre en compte que, plus la superficie de la
station est grande, plus le coût de l’achat de terrain est élevé.
L’intégration dans le paysage à également son importance dans les petites
collectivités. En effet, une station qui s’intègre mieux dans le paysage et qui
passe le plus inaperçue possible est plus appréciée par les habitants de la
commune et présente un faible impact paysagé.
Enfin, une station de traitement des eaux usées doit avoir le moins d’impacts
possibles sur le milieu récepteur. Pour cela, la station doit avoir les plus hautes
capacités épuratoires possibles.
En résumé, une station de traitement des eaux usées dans une commune
rurale doit :
- Avoir un coût d’entretien faible.
- Avoir un système de traitement et une exploitation simple.
- Une bonne intégration dans le paysage.
- Un prix raisonnable pour la commune.
- Un impact sur le milieu récepteur le plus faible possible.
Le lagunage a des performances épuratoires très limité et donc un impact
plus élevé sur le milieu récepteur. Par exemple, il y a un fort développement
d’algues vertes en été, qui sont ensuite déversées dans la rivière en période
d’étiage où le milieu est le plus sensible.
De plus, la commune doit disposer d’une surface de terrain importante et
d’un prix de terrain faible. En effet, il faut environ 10 m² de plan d’eau par
habitant.
Mais c’est une méthode qui est peu chère en réalisation et en exploitation.
Elle est très intéressante du point de vue de l’investissement, de l’entretien et de
l’exploitation simple et rustique. En effet, l’entretien de ce système consiste juste
à un curage des boues dans le bassin tous les quatre à cinq ans environ et à la
tonte des abords.
Les lagunes s’intègrent parfaitement dans le paysage car son aspect extérieur
est semblable à celui d’une mare. Le lagunage est beaucoup utilisé lorsque le
réseau de collecte est unitaire car il supporte très bien les variations de charges
organiques arrivantes.
34
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Les stations à boues activées sont les systèmes les plus répandus pour
l’épuration des eaux usées. Cette filière est très connue et est très performante
sur tous les types de pollution (que ce soit matières organiques ou nutriments).
Mais ces stations ont un coût d’exploitation et d’investissement très élevé.
Certain traitement nécessite l’apport de réactif (pour le phosphore par exemple)
et la consommation en électricité est très élevée du fait d’une aération quasi
permanente dans le bassin d’aération.
De plus, la station doit être suivie par un personnel ayant suivi une formation
adéquate car certains réglages, comme les débits ou les temps d’aération,
peuvent être compliqués. Ce type de traitement produit de grand volume de
boues qu’il faut évacuer chaque année.
Les disques biologiques ont globalement des capacités d’épuration des
matières organiques acceptables mais faibles pour les nutriments (phosphore et
azote). Comme les disques sont couverts, ils ont une bonne adaptation aux
climats froids.
Le coût d’exploitation est plus faible que les boues activées car la
consommation énergétique est modérée et la gestion des boues est également
moins compliquée car les boues sont bien épaissies dans le décanteur.
Mais cette méthode demande aussi un personnel d’exploitation qualifié et il
y a peu de référence en France dans la gamme des petites stations de traitement
des eaux usées. C’est en effet une méthode très peu utilisée en milieu rural.
Les filtres plantés de roseaux ont de très bonne capacité d’épuration pour
les matières organiques et ainsi un impact très faible sur le milieu récepteur.
C’est une méthode fiable qui a un coût d’exploitation très réduit du fait que
l’entretien consiste à couper les roseaux annuellement et à évacuer tous les dix
ans des boues déshydratées (assimilables à un compost). De plus, certains
systèmes fonctionnent sans électricité et, lorsque l’électrique est indispensable,
les consommations sont très faibles.
Cette méthode s’intègre parfaitement dans le paysage car il est comparable à
des zones humides.
La méthode des filtres plantés de roseaux a ses limites. En effet, elle est
inadaptée pour les grandes collectivités car elle demande une grande emprise
aux sols et elle a un faible abattement du phosphore.
35
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Les lits bactériens ont des niveaux d’épuration loin d’être parfaits,
l’abattement de l’azote et du phosphore est en effet limité. Son entretien est
cependant simple mais régulier (débouchage des trous du sprinkler). Les
consommations énergétiques sont modérées et les boues sont bien épaissies dans
le décanteur.
Le tableau suivant récapitule et compare les principales caractéristiques
des méthodes de traitement des eaux usées décrites précédemment :
Tableau 6 : Comparaison des différents types d’épuration des eaux usées
Procédés
Le
lagunage
Les boues
activées
Les disques
biologiques
Les filtres
plantés de
roseaux
Les lits
bactériens
Performance
DBO5 et DCO
+ ++ + ++ -
Performance
NGL et Pt
Nitrification + ++ + ++ +
Dénitrification - ++ - + -
Abattement du
phosphore
- ++ - - -
Fiabilité,
rusticité
++ - - ++ -
Coût de
réalisation
(2010)
300 €/EH 450 €/EH 380 €/EH 400 €/EH 400 €/EH
Coût
d'exploitation
(2010)
8 €/EH 20 €/EH 17 €/EH 10 €/EH 18 €/EH
Facilité
d'exploitation
++ -- - ++ +
Gestion des
boues
- -- - + -
Intégration,
esthétique
++ -- -- ++ --
Superficie
globale
15 m2
/EH 1,5 m2
/EH 1,5 m2
/EH 4 m2
/EH 1,5 m2/EH
36
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++ : Solution très avantageuse pour le critère considéré.
+ : solution avantageuse pour le critère considéré.
- : solution défavorable pour le critère considéré.
-- : solution très défavorable pour le critère considéré
Mais il est plus judicieux de prendre en compte les caractéristiques
importantes pour la commune de Bagneaux qui nous le rappelons sont :
- Avoir un coût d’entretien faible.
- Avoir un système de traitement et une exploitation simple.
- Une bonne intégration dans le paysage.
- Un prix d’investissement raisonnable pour la commune.
- Un impact sur le milieu récepteur le plus faible possible.
Nous pouvons donc attribuer, par exemple, une note sur vingt pour chaque
méthode de traitement en attribuant :
- 5 points pour le coût d’entretien car ce coût est entièrement pris en charge
par la commune.
- 5 points pour le système de traitement et la facilité d’exploitation car la
station de traitement sera entretenue par un personnel non qualifié.
- 5 points pour les capacités épuratoires car la station doit avoir un impact
le plus faible possible sur le milieu récepteur.
- 3 points pour le prix de construction car même si il est élevé, des
redevances peuvent être versées à la commune.
- Et enfin 2 points pour l’intégration dans le paysage car même si il est
important, il n’est pas nécessaire au bon fonctionnement de la station.
Ainsi, le tableau suivant nous montre les comparaisons de chaque
méthode de traitement décrite précédemment en prenant en compte les
caractéristiques importantes pour une commune rurale. Une note finale est
ainsi attribuée à chaque méthode.
37
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Le lagunage Les boues activées
Les disques
biologiques
Les filtres plantés
de roseaux
Les lits bactériens
Note coût
d'entretien (sur
5)
5
Peu de
consommation
d'électricité.
1
Forte
consommation
d'électricité et
de réactif
3
Consommation
d'électricité
moyenne mais
pas de réactif
5
Peu de
consommation
d'électricité
3
Consommation
d'électricité
moyenne mais
pas de réactif
Note système de
traitement et
facilité
d'exploitation
(sur 5)
4
Curage des
boues tous les 5
ans et tonte des
abords
1
Besoin de
personnels
qualifiés et
difficulté de
calcul de débit
3
Besoin de
personnels
qualifiés mais
pas de calcul
de débit
5
Curage des
boues tous les
10 ans et
coupe annuelle
des roseaux
3
Besoins de
personnels
qualifiés mais
pas de calcul de
débit
Note coût de
construction
(sur 3)
2
Faible coût
mais coût
d'achat des
terrains élevés
1
Coût de
construction
élevé mais
faible espace
nécessaire
2
Coût de
construction
modéré et
faible espace
nécessaire
2
Coût de
construction
modéré et un
espace
nécessaire un
peu plus
important
2
Coût de
construction
modéré et
faible espace
nécessaire
Note capacité
épuratoire (sur
5)
1
Développement
d’algue verte et
performance
limitée
5
Très efficace
sur tous les
types de
pollution
urbaine
2
Capacités
d’épuration
modérées.
4
Très efficace,
sauf pour la
pollution
phosphorée
2
Capacités
d’épuration
modérées
Note intégration
dans le paysage
(sur 2)
2
Comparable à
une mare 0
Fabriqué en
béton 0
Fabriqué en
béton 2
Comparable à
une zone
humide
0
Fabriqué en
béton
Note finale
(sur 20)
14 8 10 18 10
Tableau 7 : Comparaison des différentes méthodes d’épuration et attribution d’une
note à chaque type
38
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2.5- Choix de la méthode retenue
Afin d’aider les collectivités dans leur choix pour le traitement des eaux
usées de leur commune, l’agence de l’eau a mis à disposition ce graphique :
Figure 22 : Graphique des domaines conseillés et possibles pour le traitement des
eaux usées.
Source : Agence de l’eau Seine-Normandie
La future station de traitement des eaux usées aura une capacité maximum
de 170 EH. La méthode conseillée par l’agence de l’eau est le filtre planté de
roseaux. Les méthodes par lagunage naturel, lit bactérien et disques biologiques
sont des méthodes possibles mais la méthode par boues activées est exclue.
En effet, les stations par boues activées sont trop chers en exploitation et
aussi trop complexes pour les petites collectivités. De plus, la station par boues
activées ne s’intègre pas du tout au paysage.
Les méthodes par lit bactérien et par disques biologiques sont également à
exclure pour la commune de Bagneaux car si le coût d’exploitation est plus faible
que les boues activées, elles sont encore trop élevées pour la commune. De plus,
ces méthodes ne s’intègrent également pas au paysage.
Les méthodes par lagunage et par filtres plantés de roseaux sont les méthodes
qui conviendraient à la commune de Bagneaux. En effet, l’exploitation de ces 2
méthodes est simple et a un faible coût. De plus, ces deux méthodes s’intègrent
parfaitement dans le paysage.
Le lagunage à l’avantage du prix de réalisation mais le filtre planté de
roseaux à l’avantage d’une plus faible emprise au sol (qui, de ce fait, diminue le
39
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coût de réalisation si la commune doit acquérir un nouveau terrain) et d’une
gestion des boues plus simple.
De plus, les filtres plantés de roseaux ont un impact plus faible sur le milieu
récepteur que le lagunage. En effet, le filtre planté de roseaux a de meilleures
performances que la lagune. De plus, en été, le lagunage rejette de l’eau qui va
être chauffée du fait que l’eau reste longtemps stagnante dans les lagunes et au
soleil et il y a également des développements d’algues vertes. L’eau chaude et
les algues vertes ont un fort impact sur le milieu aquatique car elles diminuent le
taux d’oxygène et fait augmenter le risque d’eutrophisation.
La méthode retenue pour la commune de Bagneaux est donc le filtre planté
de roseaux. Non seulement car c’est la méthode conseillée par l’agence de l’eau
pour les petites stations de traitement des eaux usées, mais également car c’est
une méthode simple, efficace, économique, durable, sobre en énergie et bien
intégrée dans le paysage.
40
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Partie III : La conception
de la station de traitement
des eaux usées
41
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1 – Réalisation d’une station à filtre
planté de roseaux
1.1- Fonctionnement d’une station à filtre planté de
roseaux
La station à filtre planté de roseaux doit contenir les éléments suivants et
dans cet ordre :
- Le dégrillage
- Le relevage de tête et le système de distribution primaire
- Le filtre primaire
- Le second relevage et le système de distribution secondaire
- Le filtre secondaire
- Les mesures en sortie
Des autres éléments sont également indispensables tels qu’une armoire
électrique, un local technique et des abords. Des fossés de dissipation peuvent
également être présents en toute fin des processus d’épuration.
a- Le dégrillage
La fonction du dégrillage est de retenir les déchets les plus grossiers (comme
par exemple : les lingettes, les serpillières etc…). Il y a deux types majeurs de
dégrillages : le dégrillage fin et le dégrillage grossier.
Le dégrillage fin (qui a un entrefer
d’environ 10 mm) offre l’avantage d’un
compost plus « propre » au curage du filtre et
d’une protection des pompes de relevage mais
à l’inconvénient de la quantité de refus. Le
dégrillage grossier (qui a un entrefer
d’environ 40 mm) réduit cette quantité mais
au prix d’un risque accru de blocage des
pompes et de quelques dépôts indésirables sur
les filtres. Le dégrillage fin est en général
privilégié afin de ne pas abimer les pompes.
Figure 23 : Exemple de dégrillage
manuel
Source : www.alistep.com
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Pour les petites collectivités, le dégrillage est souvent manuel. L’ouvrier
débarrasse une à deux fois par semaine avec un râteau une simple grille inclinée.
Les refus sont ensuite égouttés, déposés dans une poubelle et envoyés aux
ordures ménagères. La photo ci-dessus nous montre un exemple de dégrillage
manuel.
b- Le relevage de tête et le système de distribution primaire
La fonction du relevage de tête est de stocker les eaux brutes et de les envoyer
à la surface du filtre. En effet, les eaux brutes doivent être forcées dans les
canalisations de distribution et assez puissantes pour les amener jusqu’aux
extrémités du filtre.
Le relevage des eaux brutes peut être assuré de deux manières : par gravité
ou par pompage. L’alimentation gravitaire est réalisée par un dispositif
mécanique de type chasse, auget basculant, siphon auto-amorçant…
L’alimentation par pompage des filtres du premier étage est assurée par deux
pompes suivies d’un jeu de trois vannes à actionner tous les trois jours, lors du
basculement du service d’un filtre à l’autre.
La permutation d’un filtre à son voisin en fin de service est manuelle sur les
petites stations (l’ouvrier ferme une vanne et en ouvre une autre). Prenons
l’exemple d’une configuration en trois filtres, nous pouvons décrire la séquence
des opérations dans le cas d’un filtre alimenté par un poste de relevage à deux
pompes fonctionnant en alternance. Un regard à vanne comprenant une vanne
par filtre est situé après le poste de refoulement.
Figure 24 : Schéma de principe de la distribution primaire
Période 1 : filtre 1 en service, 3 jours
Pompe 1 ou 2 en service, vanne 1 ouverte, filtre 1 alimenté.
Les 2 autres vannes sont fermées.
A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 2 et ferme la vanne 1.
Période 2 : filtre 2 en service, 3 jours
Pompe 1 ou 2 en service, vanne 2 ouverte, filtre 2 alimenté.
Pompe 1
Pompe 2
Poste à 2 pompes Regard à vannes
1
2
3
Filtre 1
Période 1
Filtre 2
Période 2
Filtre 3
Période 3
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Les 2 autres vannes sont fermées.
A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 3 et ferme la vanne 2.
Période 3 : filtre 3 en service, 3 jours
Pompe 1 ou 2 en service, vanne 3 ouverte, filtre 3 alimenté.
Les 2 autres vannes sont fermées.
A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 1 et ferme la vanne 3.
On a donc un cycle de neuf jours : trois jours d’alimentation et six jours de repos.
c- Le filtre primaire
Le filtre primaire est toujours à écoulement vertical, en effet, les autres types
de filtre alimentés en eaux brutes se bouchent presque immédiatement. Le filtre
primaire est le cœur vivant de la station, de fait, il est plus étendu que le filtre
secondaire, plus efficace (l’abattement de la pollution carbonée se produit
principalement sur le premier étage) et plus tolérant aux à-coups polluants.
Un filtre primaire est constitué de trois couches successives de granulat sur
une hauteur totale de 80 cm environ. La composition des granulats est la
suivante, da haut en bas :
- 30 cm de matériaux filtrants – gravier 2/8.
- 20 cm de matériaux de transition – gravier 5/10.
- 30 cm de matériaux drainants – galets 20/60.
Les roseaux (Phragmites australis), plantés sur le filtre, remplissent
plusieurs fonctions :
- Favorisent le développement des bactéries en dégageant de l’oxygène.
- Diminuent le risque de colmatage.
- Protègent le filtre du soleil, des rayons U.V et de l’assèchement.
- Améliorent l’esthétique des filtres et confinent les odeurs.
Le filtre est alimenté en surface et parcouru de haut en bas. L’épuration y est
assurée par deux processus principaux : le dépôt des matières en suspension à la
surface du filtre et la minéralisation du dépôt pendant les périodes de repos. Ainsi
que la dégradation biologique des matières dissoutes par la biomasse bactérienne
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aérobie fixée sur le granulat et les rhizomes du massif filtrant, qui sont non
saturés et donc bien oxygénés.
Figure 25 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement vertical
Source : www.hqe.guidenr.fr
Les filtres ont pour objectif majeur de dégrader la fraction carbonée avec
également un début de nitrification.
d- Le second relevage et le système de distribution secondaire.
La fonction du second relevage est de stocker les eaux traitées du premier
étage et de les envoyer à la surface du filtre secondaire. Le relevage des eaux
traitées peut également être assuré de deux manières : par gravité ou par
pompage.
Dans le cas où le second étage est constitué de deux filtres alimentés par un
poste de relevage à deux pompes, le fonctionnement est le même que le relevage
de tête. La seule différence est qu’il y a seulement deux vannes dans le regard à
vanne au lieu de trois. Un filtre doit être alimenté pendant trois jours et ensuite
avoir une période de repos de trois jours également.
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e- Le filtre secondaire
Le filtre primaire est toujours de type vertical (l’eau circule dans le filtre de
haut en bas). Ensuite, les eaux en sortie peuvent être envoyées sur un filtre
secondaire à écoulement vertical, à granulométrie plus fine, ou à écoulement
horizontal (l’eau circule dans le filtre horizontalement).
Le filtre secondaire vertical donne des résultats excellents sur la pollution
carbonée et l’azote ammoniacal, moins bon sur l’azote global et le phosphore.
Le filtre secondaire horizontal à des performances un peu meilleures sur l’azote
et le phosphore mais au prix d’une difficulté accrue en exploitation.
Figure 26 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement horizontal
Source : www.hqe.guidenr.fr
En France, le second étage est majoritairement vertical tandis que le second
étage est majoritairement horizontal ailleurs dans le monde. Dans le cas de la
commune de Bagneaux, il est préférable d’avoir un second étage vertical du fait
d’une meilleure facilité d’exploitation.
Les capacités épuratoires de l’azote et du phosphore sont meilleures sur les
filtres horizontaux. Ainsi, un filtre horizontal est préférable pour limiter les
impacts sur les milieux récepteurs.
Cependant, le second étage vertical est retenu pour avoir une meilleure
facilité d’exploitation. Un fossé de dissipation sera réalisé afin de limiter les
impacts sur le milieu récepteur.
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f- Les mesures en sortie.
L’article 14 de l’arrêté de 2007, relatif aux stations supérieur à 20 EH et
inférieur à 2000 EH, dit que :
Les stations d’épuration relevant du présent article doivent être
équipées d’un dispositif de mesure de débit et aménagées de
façon à permettre le prélèvement d’échantillons représentatifs
des effluents en sortie.
La mesure du débit est donc
obligatoire et est réalisée par un
canal Venturi placé en sortie du
second étage et aussi près que
possible de la surface du sol et à
ciel ouvert. Le point de
prélèvement est placé dans un
compartiment en amont du canal.
g- Le fossé de dissipation.
Le fossé de dissipation est une zone humide artificielle interposée entre la
sortie de la station et le rejet dans
le milieu récepteur. Le fossé de
dissipation a de multiples
objectifs tels que le complément
du traitement, l’amélioration de
l’oxygénation, exporter une
partie du rejet par infiltration et
évaporation et favoriser
l’installation d’une faune et
d’une flore diversifiées.
La réduction des débits
rejetés au milieu récepteur contribue à améliorer la qualité du milieu récepteur,
surtout en étiage car même si l’eau est traitée, elle est toujours plus polluée que
celle du milieu récepteur.
Figure 27 : Exemple de canal Venturi
Source : www.sate.epuration.fr
Figure 28 : Exemple de fossé de dissipation
Source : www.jean-voisin.fr
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h- Le local technique et les abords.
Le local technique permet à l’armoire électrique d’être mieux protégée des
intempéries et du vandalisme. Les agents d’entretien peuvent également s’y
abriter, se laver les mains et ranger un minimum de matériel.
La station doit avoir des accès convenables pour être accessible par des
engins de travaux publics. Elle doit également être raccordée au réseau public
d’eau potable pour permettre le nettoyage des ouvrages, l’arrosage des
plantations et pour le confort des agents d’entretien. Enfin, l’arrêté de 2007
impose de clôturer les stations d’épuration pour y interdire l’accès à toute
personne non autorisée.
1.2- Lieu de construction
Avant de choisir le meilleur site, il faut d’abord déterminer la superficie
qu’aura la future station car c’est un élément déterminant au choix du site. Un
filtre planté à deux étages prend 2 m²/EH de surface utile et 4 à 6 m²/EH de
surface totale. Soit, pour une station de 170 EH, 340 m² de surface utile et 680 à
1020 m² de surface totale.
Il n’y a pas de site parfais pour installer une station d’épuration. Plusieurs
paramètres sont à prendre en compte tels que :
- L’ensoleillement, car les filtres à roseaux doivent être exposés au
maximum au soleil.
- Le voisinage, car la station d’épuration doit être éloignée des quartiers
d’habitation présents et futurs.
- Le milieu récepteur, qui doit être le plus proche possible de la station.
- Le prix foncier, qui doit être faible pour les petites communes.
- La zone inondable, car la station doit être si possible hors zone inondable.
- L’accessibilité. Si possible, la station doit être à proximité d’une route ou
d’un chemin.
- Et la topographie, car l’eau doit s’écouler par gravité jusqu’à la station.
Ainsi, plusieurs scénarios sont possibles pour l’implantation de la future
station. Nous pouvons retenir 3 sites qui pourraient convenir à la station,
représentés sur la carte ci-dessous :
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Figure 29 : Emplacement possible de la future station de traitement des eaux usées
Source de la carte : Géoportail
Le site 1 est en permanence exposé au soleil, la rivière
La Vanne y est très proche, il y a une route à proximité,
le terrain appartient déjà en partie à la commune et il
permettrait à l’eau de s’écouler par gravité jusqu’à la
station.
Mais le site est proche des habitations et est situé en
zone inondable, dans le lit moyen de la rivière La Vanne.
Le site 2 est en permanence exposé au soleil, la rivière
La Vanne y est assez proche, un chemin est à proximité,
il est éloigné des habitations et il permettrait à l’eau de
s’écouler par gravité jusqu’à la station.
Mais le site est situé sur un terrain qui n’appartient
pas à la commune et est situé en zone inondable, dans le
lit majeur de la rivière.
Le site 3 est en permanence exposé au soleil, une
route est à proximité, la rivière La Vanne y est proche, il
est éloigné des habitations et est hors zone inondable.
Mais le site est présent sur un terrain qui n’appartient
pas à la commune et il ne permettrait pas à l’eau de
s’écouler par gravité jusqu’à la station.
1
2
3
Site 1
Site 2
Site 3
49
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Le site 1 n’est pas le meilleur choix du fait qu’il soit situé à proximité des
habitations et du fait qu’il soit dans le lit moyen de la rivière. Le site 3 n’est pas
mieux approprié car il faudrait construire des postes de relevage pour acheminer
l’eau jusqu’à la station et couterait trop cher à la commune.
Le site 2 est le site le mieux approprié à la commune. En effet, même si il est
situé en zone inondable, il est dans le lit majeur de la rivière qui est une zone
d’expansion de crue rare à exceptionnelle et donc très rarement submergé. De
plus, de nombreuses stations sont situées en zone inondable. Les ouvrages
sensibles (comme le local technique et les équipements électriques) doivent être
situés au-dessus du niveau des plus hautes eaux connues.
La station à filtre planté de roseaux peut également être construite sur
remblais pour être au-dessus des plus hautes eaux connues et ainsi éviter
d’endommager les ouvrages et de répandre des polluants.
Il n’y a pas de valeurs des plus hautes eaux connues sur la commune. Mais
la station de mesure des débits et des hauteurs d’eau située à Pont-sur-Vanne, à
15 km en aval de Bagneaux, a mesurée une hauteur maximum de 76 cm alors
que la valeur moyenne habituelle est de 25 cm. Ce qui fait une différence de 51
cm par rapport à la hauteur moyenne.
Ainsi, surélever le local technique de 50 cm suffira amplement à protéger les
appareils électriques. Les filtres plantés peuvent également être surélevés de 50
cm, mais cela demanderait un coût supplémentaire.
Le site 2 est situé, dans le P.L.U de Bagneaux, dans une zone N (Naturelle).
Le P.LU dit que :
La zone N correspond aux espaces qu’il convient de conserver
soit comme espace boisé, en raison de la qualité du boisement,
soit en raison de la qualité des sites et des paysages, et
notamment de la présence de la plaine alluviale de le Vanne,
laquelle présente en outre un caractère inondable. Les
équipements collectifs y sont cependant autorisés.
De plus, le P.L.U stipule que « Sont admises les occupations et utilisations
du sol telle que les constructions, ouvrages et installations nécessaires aux
équipements collectifs d’infrastructures et de superstructure (station
d’épuration, de pompage, transformateurs électriques, cimetières, terrains de
sport de plein air, etc.), à condition qu’ils s’implantent à proximité des zones
agglomérées, sauf impossibilité technique ou contre-indication en terme de
nuisances ou réglementaires.
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Ainsi, le P.L.U autorise la construction de la station d’épuration dans cette
zone. En effet, la station n’est pas à proximité des zones agglomérées et il en est
ainsi pour éviter les nuisances comme par exemple les nuisances olfactives.
1.3- Plan de la future station
Les figures suivantes présentent le plan masse ainsi que le synoptique de la
station de traitement des eaux usées, des plans de plus grande taille sont présents
en annexe :
Figure 30 : Plan masse de la station de traitement des eaux usées
1- Arrivée des eaux usées
2- Regard
3- Dégrilleur manuel
4- Poste de relevage n°1 ; 2 pompes
5- Regard à 3 vannes
6- Étape 1 : 3*68m² soit 204 m²
Filtre à percolation verticale
80 cm de couche filtrante
7- Système d’alimentation avec plaque de dissipation de flux
8- Poste de relevage n°2 ; 2 pompes
9- Regard à 2 vannes
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10- Étage 2 : 2*68m² soit 136 m²
Filtre à percolation verticale
80 cm de couche filtrante
11- Système d’alimentation
12- Canal Venturi avec débitmètre
13- Fossé de dissipation
14- Clôture
15- Sortie des eaux traitées
16- Local technique de 10 m²
Le local technique est surélevé de 50 cm, mais il n’est pas capital de surélever
les filtres. En effet, l’arrêté de 2007 autorise plusieurs dysfonctionnements par
an de la station d’épuration et la station est située sur une zone de crue rare à
exceptionnelle. De plus, les impacts environnementaux seraient minimes du fait
que les eaux brutes se perdraient dans le débit de crue, et la rivière, polluée à une
toute autre échelle par les érosions en amont, ne verrait pas la différence.
Figure 31 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux
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1.4- Entretiens
Il y a trois catégories d’entretien, les entretiens courants (qui sont à réaliser
une à deux fois par semaine ou plusieurs fois par an), le faucardage (à réaliser
une fois par an) et le curage des boues (à réaliser tous les dix à vingt ans).
Dans les entretiens courants, on retrouve les manœuvres des vannes et les
contrôles des pompes à réaliser deux fois par semaine, le nettoyage du dégrilleur,
l’inspection générale des filtres et le contrôle des mauvaises herbes à effectuer
une fois par semaine.
L’herbe doit être tondue sur les abords de la station avec des outils de
jardinage environ six fois par an. Il faut également inspecter et nettoyer les
réseaux de distribution sur les filtres des premiers et seconds étages ainsi que
nettoyer les regards de collecte deux fois par ans.
Le faucardage, c’est-à-dire la coupe annuelle et l’enlèvement des tiges des
roseaux sur les filtres verticaux, ne change pas les performances épuratoires mais
doit être néanmoins pratiqué. En effet, le faucardage est réalisé pour éviter
d’encombrer le dessus du filtre avec des tiges et des feuilles qui réduiraient le
volume disponible pour les boues et donc le laps de temps entre deux curages.
Les boues du premier étage vertical doivent être
évacuées tous les dix à vingt ans. Leur siccité varie entre
vingt à trente pour cent, c’est-à-dire du même ordre de
grandeur que les équipements sophistiqués des grosses
stations. Les boues extraites sont majoritairement destinées
à l’épandage agricole.
En effet, les boues de filtres plantés se prêtent bien à
l’épandage agricole, notamment en raison des siccités
élevées qui rendent leur manipulation facilitée et la
réduction des volumes transportés. Les milieux aquatiques
y gagnent doublement du fait de la réduction d’engrais
chimiques.
Figure 32 : Boues extraite d’un filtre planté de
roseaux
Source : www.sint.fr
53
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1.5- Les impacts de la station d’épuration
a- Impacts sur le paysage
Dans un premier temps, nous devons noter que la station consommera des
espaces agricoles. En effet la station (qui présente une surface de 1 272 m² soit
7,5 m² par EH) sera construite sur zone d’agriculture raisonnée. La surface de la
station est plus importante que celle prévue initialement du fait de la réalisation
du fossé de dissipation qui consomme beaucoup d’espace.
L’impact sur le paysage est minime du fait qu’une station à filtre plantée de
roseaux est comparable à une zone humide et qu’il y a très peu d’ouvrage en
béton sur la station.
b- Impacts sur le milieu récepteur
Pour déterminer les impacts sur le milieu récepteur, il faut dans un premier
temps calculer le rapport de dilution. Ce rapport de dilution se définit en
comparant le débit d’étiage de référence de la rivière (Qréf. Rivière),
généralement le QMNA, et le débit moyen de temps sec du rejet de la station.
Rapport de dilution = Qréf. Rivière / Qréf.rejet
Le QMNA de la rivière est de 3,6 m3
/s, soit 12 960 m3
/h. La station, d’une
capacité de 170 EH, peut rejeter au maximum en fonctionnement normale 25,5
m3
/j, soit 1,1 m3
/h.
Rapport de dilution = 12 960 / 1,1
Rapport de dilution = 11 781
Le rapport de dilution est donc très favorable, les impacts sur le milieu
récepteur seront donc extrêmement faibles. L’autoépuration suffira à éliminer
les pollutions restantes apportées par les rejets de la station.
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1.6- Acteurs intervenants sur la réalisation de la station
de traitement des eaux usées
On retrouve de nombreux acteurs dans la réalisation d’une station
d’épuration, notamment :
- Le maître d’ouvrage, qui est l’initiateur et le propriétaire du projet. Au
niveau de la commune de Bagneaux, le maître d’ouvrage est le Maire et
le conseil municipal.
- Le maître d’œuvre, qui conçoit le projet selon les directives du maître
d’ouvrage.
- Le constructeur, qui réalise sur la base des plans et spécifications du
maître d’œuvre.
- L’agence de l’eau Seine-Normandie, qui apporte une aide technique et
financière aux personnes publiques et privées qui réalisent des opérations
de lutte contre la pollution.
- Le conseil général, qui apporte également une aide financière aux
collectivités.
- Le préfet et la police de l’eau, qui sont chargé de la gestion de qualité des
eaux superficielles.
- Et le Satese (Service d’assistance technique et d’étude aux stations
d’épuration), qui conseille gratuitement les collectivités dans la mise en
place des stations d’épuration.
Un résumé des acteurs et de leurs rôles dans la conception des stations de
traitement des eaux usées, est présenté dans la figure ci-dessous :
55
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Figure 33 : Résumé des acteurs intervenant dans la réalisation d’une station d’épuration.
Source : MISE de La Lorraine
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2 – Étude financière
2.1- Coût approximatif du projet
Le coût de réalisation comprend le coût de la station, les frais financiers
(intérêts des emprunts), fonciers (l’achat des terrains), d’études et de maîtrise
d’œuvre.
D’après l’ouvrage Le filtre planté de roseaux d’André PAULUS, une station
à filtre plantée de roseaux coûte entre 300 et 500 €/EH. Or, pour les petites
stations d’épuration, le ratio €/EH est beaucoup plus élevé.
En effet, il existe des prix fixes, indépendants de la taille de la station. Par
exemple, la préparation du chantier, le portail d’entrée et le chemin d’accès, le
local technique et les appareils de mesure et de prélèvement coûteront moins
chers s’ils sont répartis sur 2 000 EH que sur 100 EH.
Selon l’entreprise Jean-Voisin, une station à filtre plantée de roseaux de 150
EH coûte environ 130 000 €, soit 867 €/EH. Donc, la station d’épuration de
Bagneaux, d’une capacité de 170 Eh couterait environ 170 * 867 = 143 390 €.
2.2- Subventions envisageables
Des subventions sont accordées par l’agence de l’eau Seine-Normandie et
également par le conseil général de l’Yonne. L’agence de l’eau subventionne 40
% et avance 20 % du prix pour la création d’ouvrage collectif de traitement. Le
conseil général apporte une aide financière, mais le taux de la subvention est
différent dans chaque département et n’est pas fixe dans le temps.
Dans l’étude du zonage d’assainissement réalisé en 2013, le conseil de
l’Yonne prévoyait de subventionner 5 % du projet d’assainissement de la
commune. Mais ce taux a peut-être été modifié à ce jour.
Le tableau suivant présente le coût total de la station, ainsi que les
subventions et/ou avances que l’Agence de l’eau et le Conseil général peuvent
attribuer :
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Montant
approximatif de la
station (€)
Subvention de
l'Agence de l'eau
(€)
Avance de
l'Agence de l'eau
(€)
Subvention du
Conseil général
(€)
Coût restant à prendre
en charge par la
commune (€)
% 100 40 20 5 35
€ 143 390 57 356 28 678 7170 50 186
Tableau 8 : Coût de la station et subventions envisageable
2.3- Coût approximatif de l’entretien
Le coût de l’entretien d’une station à filtre plantée de roseaux englobe
beaucoup de chose : la main d’œuvre d’exploitation courante, le remplacement
des pièces d’usure et des équipements électromécaniques (tous les dix ans
environ pour les pompe, les vannes, les dégrilleurs …), le faucardage annuel des
roseaux, le curage des boues et le nettoyage des espaces libres etc…
Le tableau suivant nous montre les différents coûts d’exploitation
approximatifs d’une station à filtre plantée de roseaux :
Prix (€/EH/an)
Prix (en € pour 170
EH et par an)
Visites, entretien courant 2 340
Entretien général 0,5 85
Petites réparations, pièces
d'usure
0,5 85
Remplacements,
renouvellements
2 340
Consommation énergétique 1 170
Faucardage 3 510
Curage des boues 1 170
Total 10 1700
Tableau 9 : Coût approximatif de l’entretien de la station
L’exploitation de la station, étant très simple, peut être réalisée en régie
directe. En effet, les tâches d’exploitation sont à la portée d’ouvriers
communaux. Mais il faut prévoir une formation du personnel et des manuels
d’exploitation aussi claires que possible.
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2.4- Les impacts sur la facture d’eau
La réalisation de la station à filtre plantée provoquera un coût
supplémentaire du m3
d’eau. En effet, les habitations raccordées au réseau
d’assainissement collectif devront payer une redevance assainissement pour
prendre en charge le coût d’entretien du réseau d’assainissement et de la
station à filtre plantée de roseaux.
Selon l’étude de zonage d’assainissement de la commune, la redevance
d’assainissement serait de 3,92 €/m3
. Soit pour une consommation de 97
m3
/an (la consommation moyenne sur la commune de Bagneaux), 380 €/an.
Mais nous pouvons également estimer le prix que demande uniquement
l’entretien de la station d’épuration. L’estimation de ce prix est présentée
dans le tableau ci-dessous :
Prix de l'entretien de la station (€/an) 1 700
Nombre d'habitation raccordé 64
Consommation moyenne par habitation (m3/an) 97
Consommation moyenne de l'ensemble des
habitations raccordées (m3/an)
6208
Prix de l'entretien de la station par m3 d'eau
consommé (€)
0,274
Prix de l'entretien de la station par habitation
(€/an)
27
Tableau 10 : Estimation du prix de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé
59
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Conclusion
Ce projet présenté ici a permis de présenter les solutions possibles pour le
traitement des eaux usées de la commune de Bagneaux et a aboutis sur le fait
que la station à filtre plantée de roseaux est le meilleur moyen de traitement des
eaux usées pour la commune et pour la protection des milieux aquatiques.
En effet, malgré les contraintes du site, comme le risque d’inondation, les
filtres plantés de roseaux permettront de gérer les eaux de la commune tout en
ayant un coût d’entretien et un impact sur le milieu aquatique très faible.
De plus, la station d’épuration, étant dimensionnée pour le développement
futur de la population du bourg, ne sera pas un frein au développement local et
économique futur de la commune.
Bien sûr, il appartiendra aux élus de la commune de Bagneaux de choisir la
méthode des filtres plantés de roseaux avec deux étages verticaux en série suivit
d’un fossé de dissipation pour le traitement des eaux usées ou de choisir une
autre méthode possible pour le traitement de leurs eaux usées.
60
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
CHEVALIER Gary
GAE3 – 2014 – 2015
Tuteur : BACCHI Michel
Bibliographie
Ouvrages imprimés :
PAULUS, André. Le filtre planté de roseaux : Le versant vert de l’épuration des
eaux usées. Barcelone : Just-Colour, 2011. 235 pages. Rouergue.
COSTE, Christian, LOUDET Maurice. L'assainissement en milieu urbain ou
rural : Tome 2, l'épuration et les traitements. Paris : Éditions du Moniteur, 1987.
271 pages.
Direction de l’eau. Évaluation des impacts des stations d’épuration et de leur
réseau de collecte : Eléments techniques. Lyon, Certu, 2003. 130 pages.
GRAINDORGE, Joël. La loi sur l’eau et les milieux aquatiques décryptée.
Voiron : territorial éditions, 2007. 118 pages.
Ouvrages électroniques :
SATESE, agence régional pour l’environnement Provences Alpes Côte d’azur.
Guide technique pour la réalisation de station d’épuration par filtres plantés de
roseaux. Imprimerie Brémond, 2006. [17/04/2015]. http://www.arpe-
paca.org/environnement/la-realisation-de-stations-d-epuration-par-filtres-
plantes-de-roseaux_i1060.html.
BOUTIN Catherine. Les zones de rejets végétalisées : Éléments pour une
meilleure conception. ONEMA, 2013. [25/04/2015]. http://epnac.irstea.fr/wp-
content/uploads/2015/03/Synthese_ZRV-diffuse.pdf.
Sites web consultés :
Agence de l’Eau Seine-Normandie [06/03/2015]. www.eau-seine-normandie.fr.
Évaluation des Procédés Nouveaux d’Assainissement des petites et moyennes
Collectivités [09/03/2015]. http://epnac.irstea.fr/.
Entreprise Jean-Voisin [09/03/2015]. http://www.jean-voisin.fr/.
Legifrance [07/04/2015]. http://www.legifrance.gouv.fr/
61
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
CHEVALIER Gary
GAE3 – 2014 – 2015
Tuteur : BACCHI Michel
Géoportail [15/01/2015]. http://www.geoportail.gouv.fr/
I.N.S.E.E [15/01/2015]. http://www.insee.fr/
Météo France [06/03/2015]. http://www.meteofrance.com/
Vigicrue [06/03/2015]. http://www.vigicrues.gouv.fr/
Cartes topographiques [08/03/2015]. http://fr-fr.topographic-map.com/
Banque Hydro [29/04/2015]. http://www.hydro.eaufrance.fr/
DREAL de bourgogne [29/04/2015]. http://www.bourgogne.developpement-
durable.gouv.fr/
ONEMA [29/04/2015]. http://www.onema.fr/
Centre de ressource et d’informations techniques [15/04/2015].
http://www.crit.archi.fr/
Site de l’eau en seine et marne [13/04/2015]. http://eau.seine-et-marne.fr/
Administration de la gestion de l’eau [13/04/2015]. http://www.eau.public.lu/
Le journal du monde rural [02/04/2015]. http://www.sillon38.com/
GUIDEnR HQE [24/03/2015]. http://www.hqe.guidenr.fr/
Entreprise Alistep [22/03/2015]. http://www.alistep.com/
Société aquitaine de traitement des eaux [15/02/2015]. http://www.sate-
epuration.fr/
Société d’ingénierie nature et technique [17/02/2015]. http://www.sint.fr/
62
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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GAE3 – 2014 – 2015
Tuteur : BACCHI Michel
Index des sigles
A.A.P.P.M.A : Association Agrée de Pêche et de Protection du Milieu
Aquatique
D.B.O5 : Demande Biologique en Oxygène à cinq jours
D.C.O : Demande Chimique en Oxygène
EH : Équivalent-Habitant
FeCl3 : Chlorure Ferrique
I.B.D : Indice Biologique Diatomées
I.B.G.N : Indice Biologique Global Normalisé
I.N.S.E.E : Institut National de la Statistique et des Études Économiques
I.P.R : Indice Poisson Rivière
L.E.M.A : Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques
M.A : Matière Azotée
M.A.P : Matière Phosphorée
M.E.S : Matières En Suspension
M.O.O.X : Matière Organique Oxydable
M.S : Matières Sèches
N.G.L : Azote global
N.K.T : Azote Kjeldahl
N.O3
- : Nitrate
P.LU : Plan Local d’Urbanisme
P.L.U.i : Plan Local d’Urbanisme intercommunal
P.O.S : Plan d’Occupation des Sols
Pt : Phosphore totale
Q.M.N.A : Débit mensuel Minimal de chaque Année civile
S.a.t.e.s.e : Service d’assistance technique à l’exploitation des stations
d’épuration
63
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
S.C.O.T : Schéma de Cohérence Territoriale
S.I.A.I.V.V : Syndicat Intercommunal d’Assainissement et d’Irrigation de
la Vallée de la Vanne et de ses affluents
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Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
Annexes
Annexe 1 : Liste des figures
Annexe 2 : Liste des tableaux
Annexe 3 : Glossaire
Annexe 4 : Plan masse de la station à filtre plantée de roseaux
Annexe 5 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux
65
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
Liste des figures
Figure 1 : Localisation de la commune de Bagneaux……………………...….6
Figure 2 : Communauté de Commune de la Vanne et du Pays d’Othe………..7
Figure 3 : Évolution de la population de Bagneaux et estimations…………....8
Figure 4 : Zonage du PLU de Bagneaux au niveau du bourg……………….10
Figure 5 : Périmètre de protection rapprochée sur la commune de
Bagneaux……………………………………………………………………..12
Figure 6 : Zonage d’assainissement collectif……………………………...…13
Figure 7 : Données météorologiques sur la commune de
Bagneaux……………………………………………………………..…...….15
Figure 8 : Plan des zones inondables de la Vanne…………………………...16
Figure 9 : Altitude sur la commune de Bagneaux…………………………....17
Figure 10 : Type de paysage sur le bourg de Bagneaux…………………..….18
Figure 11 : Moyenne des débits mensuels de la Vanne……………………...19
Figure 12 : Principe de fonctionnement d’une station à lagunage…………..24
Figure 13 : Exemple de lagunage naturel………………………………..…..24
Figure 14 : Principe de fonctionnement d’une station par boue activée…….25
Figure 15 : Exemple de station par boue activée………………………..……25
Figure 16 : Principe de fonctionnement d’une station à disque biologique…26
Figure 17 : Exemple de station à disque biologique……………………...…..26
Figure 18 : Principe de fonctionnement d’une station à filtre plantée de
roseaux…………………………………………………………..……………27
Figure 19 : Exemple de filtre planté de roseaux……………………………...27
Figure 20 : Principe de fonctionnement d’une station à lit bactérien………..28
Figure 21 : Exemple de station à lit bactérie………………………………....28
Figure 22 : Graphique des domaines conseillés et possibles pour le
traitement des eaux usées…………………………..………………...………38
Figure 23 : Exemple de dégrillage manuel……………………………...….41
66
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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GAE3 – 2014 – 2015
Tuteur : BACCHI Michel
Figure 24 : Schéma de principe de la distribution primaire………………….42
Figure 25 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement vertical…....44
Figure 26 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement horizontal…45
Figure 27 : Exemple de Canal Venturi……………………………………….46
Figure 28 : Exemple de fossé de dissipation………………………………….46
Figure 29 : Emplacement possible de la future station de traitement des eaux
usées…………………………………………………………………………..48
Figure 30 : Plan masse de la station de traitement des eaux usées…………..50
Figure 31 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux…………..….51
Figure 32 : Boues extraites d’un filtre planté de roseaux…………………..52
Figure 33 : Résumé des acteurs intervenant dans la réalisation d’une station
d’épuration……………………………………………………………………55
67
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
Liste des tableaux
Tableau 1 : Types de logement à Bagneaux......................................................9
Tableau 2 : Paramètres chimiques et biologiques de La Vanne ....................20
Tableau 3 : Estimation de la population du bourg en 2065 ...........................30
Tableau 4 : Caractéristiques de l'eau à traiter par la future station..............31
Tableau 5 : Annexe 1 de l'Arrêté du 22 juin 2007..........................................32
Tableau 6 : Comparaison des différents types d’épuration des eaux usées...35
Tableau 7 : Comparaison des différentes méthodes d’épuration et attribution
d’une note à chaque type .................................................................................37
Tableau 8 : Coût de la station et subventions envisageable ...........................57
Tableau 9 : Coût approximatif de l’entretien de la station.............................57
Tableau 10 : Estimation du prix de l'entretien de la station par m3 d'eau
consommé .........................................................................................................58
68
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Tuteur : BACCHI Michel
Glossaire
Aérobie : se dit d’un organisme qui utilise pour son métabolisme l’oxygène
dissous dans l’eau ou dans l’air.
Agriculture raisonnée : L’agriculture raisonnée est un système de production
agricole dont l’objectif premier est d’optimiser le résultat économique en
maitrisant les quantités d’intrants, et notamment les substances chimiques
utilisées dans le but de limiter leur impact sur l’environnement.
Autoépuration : Désigne l'ensemble des processus biologiques, chimiques et
physiques permettant à un sol ou à un écosystème aquatique équilibré de
transformer ou d'éliminer les substances qui lui sont apportées, de manière
définitive ou temporaire.
Azote global (NGL) : NKT + nitrite + nitrate
Azote total Kjeldahl (NKT) : Azote organique + ammonium
Biomasse : la matière vivante présente sous différentes formes dans un milieu
donné.
Boues activées : procédé intensif de traitement des eaux usées basé sur la
digestion des polluants par des bactéries libres conditionnées sons forme de
« boues » et « activées » par aération et stimulation artificielle.
Chimiotrophes : Un organisme chimiotrophe produit des molécules organiques
par oxydation de substances minérales par voie de chimiosynthèse.
Curage : opération consistant à enlever les boues d’un filtre planté.
DBO5 : quantité d’oxygène nécessaire aux micro-organismes aérobies pour
oxyder en cinq jours les matières organiques dissoutes ou en suspension dans
l’eau, exprimée en mg d’oxygène/l.
DCO : quantité d’oxygène consommée par les processus d’oxydation non
biologique pendant un laps de temps déterminé, exprimée en mg d’oxygène/l.
Dénitrification : transformation microbienne du nitrate en azote gazeux.
E.H : unité de mesure de charge polluante correspondant à la pollution des eaux
d’égout générée par un habitant moyen dans des conditions moyennes de climat
et d’alimentation.
69
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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GAE3 – 2014 – 2015
Tuteur : BACCHI Michel
Eutrophisation : fertilisation importante d’une eau, généralement sous l’effet
d’apports importants en éléments nutritifs, azote et phosphore ; elle provoque
une prolifération végétale qui déséquilibre le milieu.
Faucardage : coupe de la végétation aquatique.
I.N.S.E.E : Organisme public français chargé de relever les prospectives en
matière de démographie et d’économie.
M.E.S : matières non dissoutes contenues dans une eau. Les M.E.S des eaux de
surface réduisent la luminosité, donc la photosynthèse, donc la productivité du
milieu par manque d’oxygène.
Nitrification : Processus d’oxydation, grâce à des bactéries, de l’azote
organique en nitrites, puis en nitrates.
Onema : Organisme public chargé au niveau national de la gestion de qualité
des eaux superficielles.
Pt : orthophosphates + phosphore organique
QMNA : Le QMNA est le plus petit débit attendu statistiquement dans un cours
d’eau, en moyenne mensuelle, avec une fréquence donnée, indiquée par le
chiffre qui suit l’expression QMNA.
Régime hydrologique : résume l'ensemble des caractéristiques hydrologiques
et des modes de variation d’une rivière. Il se définit par les variations moyennes
des débits d’une rivière en fonction du temps.
Rendement épuratoire : rapport pollution en sortie de station / pollution en
entrée de station.
Réseau séparatif : réseau d’assainissement caractérisé par une séparation des
eaux usées et des eaux pluviales.
Satese : organisme rattaché généralement au conseil général et assurant une
mission de conseil aux petites collectivités.
Siccité : teneur en matières sèches d’une boue d’épuration.
Zone sensible : les zones sensibles à l’eutrophisation sont des secteurs
géographiques caractérisés par une tendance des milieux aquatiques à
l’eutrophisation.
Fossé de dissipation : ouvrage de traitement complémentaire ou de finition
intercalé entre le traitement proprement dit et le point de rejet au milieu récepteur
en vue de « dissiper » ou « naturaliser » les eaux traitées.
70
Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale
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Plan masse de la station à filtre plantée de roseaux
71
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Tuteur : BACCHI Michel
Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux
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Programme d'action 2014-2016
 

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  • 1. Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale Analyse, choix et réalisation de la méthode la plus appropriée à la commune et aux milieux aquatiques CHEVALIER, Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI, Michel
  • 2. Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale Analyse, choix et réalisation de la méthode la plus appropriée à la commune et aux milieux aquatiques CHEVALIER, Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI, Michel
  • 3. 1 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Avertissement  Le PIND est un premier test qui permet à l’élève ingénieur de s’évaluer (et d’être évalué par les enseignants), de prendre conscience des connaissances acquises mais également de la marge de progression et des éléments qui lui restent à acquérir.  Le PIND est un espace de liberté (le seul dans la formation) qui mesure la motivation de l’élève ingénieur pour l’aménagement.  Le PIND est un exercice qui doit permettre de problématiser un sujet en s’appuyant sur des recherches bibliographiques, d’élaborer un diagnostic orienté et d’émettre des propositions.
  • 4. 2 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Remerciements Je remercie dans un premier temps Monsieur Michel BACCHI, mon tuteur de ce projet, pour ses conseils et pour m’avoir aidé à réaliser ce projet. Je remercie Monsieur William GEORGES, le maire de la commune de Bagneaux, pour m’avoir donné de nombreuses informations sur la commune. Je remercie Monsieur Grégory MOREAU, responsable développement de l’entreprise Jean-Voisin, pour ses informations sur les filtres plantés de roseaux. Je remercie enfin l’ensemble des professeurs de l’école polytechnique de l’université de Tours, pour avoir répondue à l’ensemble de mes questions.
  • 5. 3 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Sommaire Avertissement………………….………………………………………………1 Remerciements………………………………………………………...………2 Sommaire…………………………………………………………..………….3 Introduction…………………………………………………………..……….4 Partie I : État initial du terrain d’étude………………………………………5 1- Présentation de la commune de Bagneaux………………………..…….6 2- La gestion de l’eau au sein de la commune……………………...……..11 3- Les contraintes du site………………………………………...……….15 Partie II : Le traitement des eaux usées pour la commune de Bagneaux.…21 1- Études des méthodes de traitement des eaux usées…………………….22 2- Choix de la méthode retenue pour la commune de Bagneaux……….…29 Partie III : La conception de la station de traitement des eaux usées……...40 1- Réalisation d’une station à filtre plantée de roseaux……………….…..41 2- Étude financière………………………………………………...……..56 Conclusion…………………………………………………………...………59 Bibliographie…………………………………………………………………60 Index des sigles……………………………………………………………….62 Annexes……………………………………………………………………….64 Table des matières…………………………………………………..………..72
  • 6. 4 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Introduction Les élues de la commune de Bagneaux souhaitent la mise aux normes des rejets des eaux usées au sein de la commune. Pour cela, le conseil municipal a fait appel en 2013 à la société BIOS (bureau d’étude situé à Aillant-sur-Tholon dans l’Yonne) afin de réaliser l’étude du zonage d’assainissement. Cette étude a abouti à une proposition de 2 modes d’assainissement, l’assainissement collectif et non collectif. Ainsi, l’assainissement collectif sera réservé au bourg de la commune (car c’est le lieu où il y a le plus d’habitant) tandis que les hameaux devront s’équiper d’assainissement autonome aux normes. A ce jour, le plan du future réseau d’assainissent collectif a été réalisé mais aucun travaux n’a encore été engagés. De plus, les études sur la future station de traitement des eaux usées n’ont toujours pas été réalisées. L’objectif de ce projet individuel est ainsi de réaliser les études sur la future station de traitements des eaux usées. En effet, il est nécessaire de déterminer qu’elle est la méthode la mieux appropriée à la commune et aux milieux aquatiques et de réaliser les plans de la station. Mais il est également essentiel d’étudier les impacts qu’aura la station sur le milieu récepteur. La finalité principale de la collecte et de l’épuration des eaux usées d’une commune est d’assurer la protection de l’hygiène publique tout en rejetant les eaux épurées dans un milieu récepteur dans des conditions permettant le maintien ou l’amélioration de la qualité de ce milieu. L’impact majeur sur l’environnement des ouvrages destinés à l’épuration des eaux résiduaires urbaines est donc positif. Mais, comme toute installation, ces ouvrages ont également des impacts négatifs. Ce projet s’inscrit également dans la cadre des objectifs de la loi sur l’eau et les milieux aquatiques (LEMA) du 30 décembre 2006. Les ambitions de cette loi est d’atteindre les objectifs de la directive cadre européenne sur l’eau d’octobre 2000 qui vise en particulier le retour à un bon état des eaux d’ici 2015. Or, cette objectif est encore très loin d’être atteint. Ainsi, ce projet soulève plusieurs questions telles que : Quelles sont les contraintes du site dans la réalisation d’une station de traitement des eaux usées ? Quelles sont les méthodes de traitement des eaux et laquelle est la mieux appropriée à la commune et aux milieux aquatiques ? Quelles seront les impacts qu’aura la future station sur la commune et sur le milieu récepteur ?
  • 7. 5 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Partie I : État initial du terrain d’étude
  • 8. 6 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1 – Présentation de la commune de Bagneaux. 1.1- Zone géographique et administrative. La commune de Bagneaux est une petite commune de 230 habitants située dans le département de l’Yonne entre Sens et Troyes, à 2 km à l’est de Villeneuve-L’archevêque. La commune se compose d’un bourg et de plusieurs hameaux. Le tout s’étant sur un territoire de 16,24 km2 . La rivière La Vanne coule au sud de la commune. Sens Troyes Yonne Bagneaux Figure 1 : Localisation de la commune de Bagneaux Source : Géoportail
  • 9. 7 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Bagneaux se situe dans l’arrondissement de Sens, dans le canton de Villeneuve-L’archevêque et fait partie de la communauté de commune de la Vanne et du Pays d’Othe. Le maire actuel de la commune est Monsieur GEORGES William. Figure 2 : Communauté de commune de la Vanne et du Pays d'Othe Source : Bulletin n°19 « Communauté de Commune de la Vanne et du Pays d’Othe »
  • 10. 8 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.2- Population, logements et activités économiques. La figure suivante montre l’évolution de la population de Bagneaux de 1962 à 2012. La population actuelle de la commune de Bagneaux est de 230 habitants et la densité est de 14.2 habitants par km2. La population de Bagneaux a connu une nette augmentation à partir de 1982, avec près de 75.6 % d’habitant en plus de 1982 à 2012, soit 2.52 % par an. Une estimation selon une projection polynomiale (en rouge) de l’évolution de la population donnerait une population de 381 habitants en 2025. Tandis qu’une projection linéaire donnerait une population de 289 habitants en 2025 (en vert). Mais l’I.N.S.E.E prévoit une augmentation de 0.2 % tous les ans dans le département de l’Yonne. Cette estimation prévoirait une population de 235 habitants en 2025. Savoir le nombre d’habitant au sein de la commune, ainsi que la possibilité que celui-ci augmente dans le futur, permettra de déterminer la capacité épuratoire de la future station. Mais il faut également connaître le pourcentage de résidence secondaire afin de déterminer si les fluctuations de charge polluante arrivant à la station seront importantes au cours de l’année. La répartition des logements au sein de la commune est présentée dans le tableau ci-dessous : Figure 3 : Évolutions de la population de Bagneaux et estimations Source : I.N.S.E.E
  • 11. 9 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Types de logements Nombre (2011) Pourcentage Résidences principales 96 67,3 Résidences secondaires 30 21,3 Logements vacants 16 11,4 Total 142 100 Nombre moyen d'habitant par résidence principale 2,4 Tableau 1 : Types de logement à Bagneaux Source : I.N.S.E.E Il y a un fort pourcentage de résidence secondaire. La station devra donc être capable de bien supporter les fluctuations de charge au cours de l’année. La principale activité économique sur la commune est l’agriculture. Il y a en effet 7 exploitations actuellement existantes. Ces exploitations peuvent avoir un impact sur les effluents arrivant à la station car elles peuvent produire un volume plus fort d’eau résiduaire ainsi qu’un flux plus ou moins fort de pollution. 1.3- Les documents d’urbanisme. Afin de connaitre les perspectives de développement au cœur de la commune, il est nécessaire d’étudier les documents d’urbanisme en vigueur. En effet, un PLU (Plan Local d’Urbanisme) est existant sur la commune de Bagneaux et il a été approuvé en 2007. Des terrains sont disponibles pour l’urbanisation, surtout au niveau du bourg de Bagneaux. La carte suivante montre les zones AU (à urbaniser) au niveau du bourg de la commune. Nous remarquons que 11.23 hectares sont disponibles pour la réalisation de nouvelle habitation.
  • 12. 10 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Figure 4 : Zonage du PLU de Bagneaux au niveau du bourg Source : PLU de Bagneaux Il y a également 4.85 hectares de zones à urbaniser au niveau du hameau « Rateau » de la commune. Un SCOT (Schéma de Cohérence et d’Organisation Territorial) est en cour de réalisation au niveau des Communautés de Commune du Sénonais afin de mettre en place l’organisation du territoire en définissant les spécificités de chacun et les orientations. Au niveau de la communauté de commune de la Vanne et du pays d’Othe, un PLUi (Plan Local d’Urbanisme intercommunal) est également en cour de réalisation. Il y a en effet encore beaucoup de communes qui n’ont pas de document d’urbanisme, d’autres qui ont encore un POS (Plan d’Occupation des Sols) qui sera obsolète au mieux le 31 décembre 2015. Le PLUi va ainsi créer des projets d’urbanisme et d’aménagement qui fixeront les règles générales d’utilisation des sols sur l’intégralité du territoire communautaire. Il faut donc prévoir que les règlements d’urbanisme en vigueur sur la commune seront modifiés dans les années à venir.
  • 13. 11 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2- La gestion de l’eau au sein de la commune. 2.1- Eaux potables. Sur la commune de Bagneaux, c’est le Syndicat Intercommunal d’Adduction d’Eaux de Sens Nord-est qui gère le réseau de distribution. Le syndicat a délégué ce service à la SAUR à travers un contrat d’affermage. L’affermage est une délégation de service public où la collectivité publique assure le renouvellement des infrastructures tandis que l’exploitant privé réalise l’activité d’alimentation en eau potable. Les consommations de la commune en 2010 ont été de 14 225 m3 pour 147 branchements, soit 97 m3 par abonné et par an. Le prix de l’eau en 2014 était de : - Abonnement part Syndicale : 13,0 € HT/an. - Abonnement part SAUR : 35,36 € HT/an. - Prix de l’eau part Syndicale : 0.3623 € HT/m3 . - Prix de l’eau part SAUR : 0.7555 € HT/m3 . - Lutte contre la pollution : 0.4 € HT/m3 . - Préservation des ressources en eau : 0.0814 € HT/m3 . - TVA : 5,5 % Soit, pour une facture de 97 m3 /an : 214,67 € TTC/an (2.24 €/m3 ). La future station de traitement des eaux usées aura un impact sur la facture. En effet, afin de payer les charges de fonctionnement de la station, les abonnés devront payer une charge supplémentaire. La station ne devra pas être placée à proximité d’un captage d’eau potable pour éviter sa contamination. Il n’y a pas de captage d’eau potable sur la commune. Mais un captage d’eau potable des eaux de la ville de Paris situé dans la commune voisine est présent. Son périmètre de protection rapprochée déborde sur la commune de Bagneaux comme le montre la carte ci-dessous :
  • 14. 12 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Figure 5 : Périmètre de protection rapprochée sur la commune de Bagneaux Source : PLU de Bagneaux La station devra ainsi ne pas se situer dans ce périmètre de protection rapprochée afin de ne pas polluer la ressource en eau potable. 2.2- Eaux usées. La commune de Bagneaux n’est pas actuellement dotée d’infrastructures collectives de traitement. Les habitants recourent donc tous aux techniques d’assainissement individuel. Mais la commune a fait appel, en 2013, à un bureau d’étude pour réaliser le schéma directeur d’assainissement. Cette étude a abouti à une proposition de zonage des 2 modes d’assainissement (collectif et non collectif). Le plan du futur réseau d’assainissement qui sera présent sur le bourg de la commune est représenté sur la carte ci-dessous :
  • 15. 13 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Ce réseau sera entièrement séparatif, c’est-à-dire qu’aucune eau pluviale ne sera recueillie par ce réseau. On remarque que le bureau d’étude avait déjà réfléchi à l’emplacement futur possible de la station de traitement des eaux usées, en bas à droite du plan ci-dessus. 2.3- Eaux pluviales. Sur les deux hameaux de la commune de Bagneaux, le réseau pluvial est très sommaire. En effet, les écoulements de chaussée sont canalisés par des aménagements en bordure de trottoir. Sur le bourg de Bagneaux, un réseau collecte les eaux pluviales et il est présent dans la partie basse du bourg. L’exutoire est la Vanne où se rejette les eaux pluviales via des fossés. Des fossés collectent également les eaux sur la partie haute du bourg. Figure 6 : Zonage d'assainissement collectif Source : Étude du zonage d’assainissement Emplacement possible de la future S.T.E.P
  • 16. 14 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2.4- Gestion et entretien de la rivière La Vanne. La commune de Bagneaux fait partie du Syndicat Intercommunal d’Assainissement et d’Irrigation de la Vallée de la Vanne et de ses affluents (SIAIVV). Le syndicat regroupe toutes les communes riveraines du cours principal de la Vanne sur les départements de l’Aube et de l’Yonne. Le syndicat a été constitué afin de réaliser un programme d’assainissement des zones agricoles dans la vallée et de lutter contre les crues. Le syndicat réalise donc les aménagements de la rivière pour limiter les crues et pour atteindre le bon état écologique de la rivière. Il a donc une certaine importance pour les réalisations des stations de traitement des eaux usées car les rejets des stations ont un impact sur l’état écologique des rivières. Une association de pêche, l’A.A.P.P.M.A (Association Agréée de Pêche et de Protection des Milieux Aquatiques) de Villeneuve-L’archevêque, gère la pêche et le peuplement piscicole sur la rivière La Vanne depuis son entrée dans le département de l’Yonne jusqu’à la limite avec la prochaine A.A.P.P.M.A. L’association effectue des déversements de truite fario, qui est l’espèce piscicole dominante, quatre fois par an. D’autres espèces sont également présentes, mais en plus faible quantité. La future station devra avoir le plus faible impact possible sur la rivière afin de pouvoir maintenir et/ou améliorer le bon état écologique de la rivière et ainsi de ne pas nuire à l’association de pêche.
  • 17. 15 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 3- Les contraintes du site. 3.1- Climat. Le climat semble a priori peu important pour les stations d’épuration. Pourtant, certains facteurs peuvent avoir une importance non négligeable. L’ensoleillement a un rôle important pour certains types de traitement et pour le séchage naturel des boues. Aussi, il conviendra de repérer les sites bien exposés et ensoleillés suivant les filières d’épuration. Les températures sont un facteur important dans les régions froides, du fait de l’existence de températures critiques pour les traitements biologiques. Les relevés météorologiques les plus proches sont situés à Troyes, à 36 kilomètres de la commune de Bagneaux et ils sont présentés dans le graphique ci-dessous : Figure 7 : Données météorologiques sur la commune de Bagneaux Source : Météo-France -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 0 50 100 150 200 250 T°C Ensolleillement (h) Mois Normales annuelles de la station de Troyes
  • 18. 16 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel L’ensoleillement aura une certaine importance selon le type de traitement retenu. Quant aux températures, les très faibles valeurs possibles en hiver (température minimum de -21°C en Janvier) réduiront les performances épuratoires de la future station du fait que le traitement sera biologique et donc moins efficace lorsqu’il fait froid. Les hautes températures possibles en été (température maximum de 41°C en Août) peuvent également avoir un impact sur certain type de traitement (comme par exemple le lagunage). 3.2- Risques d’inondation et topographie de la commune. La rivière La Vanne et sa vallée délimitent la seule zone inondable de la commune. La Vanne est une rivière de première catégorie et a un débit moyen de 5.4 m3 .s-1 . Elle est un affluent de l’Yonne et donc un sous-affluent de la Seine. La carte suivante montre les zones inondables sur la commune de Bagneaux : Le lit mineur est la zone où la rivière coule en temps normal. Le lit moyen est, en cas de crue, une zone de grand écoulement et de mobilité. Et le lit majeur est une zone d’expansion des crues rares à exceptionnelles. Les textes règlementaires interdisent la construction de stations d’épuration en zone inondable, mais ils existent des possibilités de dérogation. Il est en effet parfois nécessaire, techniquement, de construire les stations d’épuration au point bas, donc très souvent en zone inondable. Figure 8 : Plan des zones inondables de La Vanne Source : PLU de Bagneaux
  • 19. 17 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Ce qui sera peut-être le cas sur la commune de Bagneaux où, pour permettre un écoulement des eaux usées totalement gravitaire, la station de traitement des eaux usées doit être placée en zone inondable comme le démontre la carte ci- dessous : Figure 9 : Altitude sur la commune de Bagneaux Source : http://fr-fr.topographic-map.com/ La future station d’épuration devra donc être soit en zone inondable pour permettre un écoulement gravitaire de l’eau, soit en dehors de la zone inondable mais en étant obligée d’acheminer l’eau à l’aide de poste de relevage. 3.3- L’occupation de l’espace. L’implantation d’une station de traitement des eaux usées consomme de l’espace et a des impacts quantitatifs du fait de la surface consommée. Ils sont aussi qualitatifs, du fait de la vocation des espaces occupés et de la nature de la station d’épuration (une station peut être plus ou moins compacte et peut plus ou moins s’intégrer dans le paysage). Le coût des terrains entre aussi en jeu dans le choix du site et du type de traitement. 127 m 116 m 111 m 106 m Limite de la zone inondable
  • 20. 18 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Au niveau du bourg de Bagneaux, on distingue trois types majeurs de paysage présentés sur la carte ci-dessous : Figure 10 : Type de paysage sur le bourg de Bagneaux La meilleure implantation pour la future station serait dans une zone humide car elles ont une valeur foncière très faible. Mais toutes ces zones sont dans des zones inondables. Une autre implantation possible serait dans un paysage agricole, ils sont en effet pour la plupart hors zone inondable mais ont une valeur foncière plus élevée. Paysage de zone humide et de forêt Paysage agricole Paysage de zone urbanisée
  • 21. 19 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 3.4- Qualité du milieu aquatique récepteur : La Vanne. Les débits de La Vanne ont été observés sur une période de 53 ans à Pont- sur-Vanne, situé à 15 km en aval de Bagneaux. Les valeurs des débits moyens mensuels sont représentées sur le graphique si dessous : Figure 11 : Moyenne des débits mensuels de La Vanne Source : www.hydro.eaufrance.fr La Vanne présente un régime hydrologique de type pluvial océanique. En effet, nous pouvons remarquer des périodes de haute eau en hiver et des périodes de basse eau en été. La qualité des eaux de la rivière est en générale bonne. Plusieurs paramètres chimiques et biologiques ont été mesurés à Pont-sur-Vanne également. Les résultats de chaque paramètre peuvent être classés en 5 classes : - Très bon - Bon - Passable - Mauvais - Très mauvais Le tableau ci-dessous présente les résultats des matières organiques et oxydables (MOOX), les matières azotées (MA), les nitrates (NO3- ), les matières 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Débit moyen (m 3 /s) Mois Débit moyen de La Vanne (m3/s) Débit moyen (m3/s)
  • 22. 20 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel phosphorés (MAP), l’indice biologique global normalisé (IBGN), l’indice biologique diatomé (IBD) et l’indice poisson rivière (IPR) sur la rivière La Vanne. Paramètres Classe MOOX Passable MA Très bon NO3- Mauvais MAP Très bon IBGN Très bon IBD Bon IPR Passable Tableau 2 : Paramètres chimiques et biologiques de La Vanne Source : Dreal de bourgogne et Onema Il y a un taux très élevé en nitrate et en matière organique et oxydable. L’excès en nitrate dérègle l’équilibre biologique des milieux en favorisant l’eutrophisation. Les nitrates limitent également les usages de l’eau, notamment en étant indésirables pour la production d’eau potable. Les matières organiques et oxydables consomment l’oxygène dissous dans l’eau pour se dégrader. Cela provoque la désoxygénation du milieu, au détriment de la vie aquatique qui conduit à une réduction de la richesse des écosystèmes. Afin d’éviter une détérioration de la qualité du milieu, la future station de traitement des eaux usées devra avoir le plus faible impact possible sur le milieu récepteur afin de pouvoir améliorer les paramètres chimiques et biologiques.
  • 23. 21 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Partie II : Le traitement des eaux usées pour la commune de Bagneaux
  • 24. 22 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1– Études des méthodes de traitement des eaux usées. 1.1- Le traitement des eaux usées Le principe de l’épuration des eaux usées urbaines est basé, dans la plupart des cas, sur la dégradation biologique aérobie des pollutions présentes dans les eaux usées. Dans la nature, les microorganismes présents dans les rivières et dans les sols effectuent spontanément une biodégradation de la pollution des eaux, c’est le phénomène d’autoépuration. Les stations de traitement des eaux usées ne font qu’au final d’imiter la nature mais dans un espace plus confiné où les processus biologiques de dégradation de la pollution sont amplifiés et intensifiés. Parmi les procédés biologiques, on distingue essentiellement : - Les procédés à cultures libres où les microorganismes épurateurs sont présents librement dans l’eau. - Les procédés à cultures fixées où les microorganismes sont fixés sur un support solide. D’autres techniques, utilisées dans les zones rurales, sont des copies d’écosystème naturel de type zone humide associant eaux, sols et végétaux. Mais peu importe les méthodes utilisées pour le traitement des eaux usées, elles contiennent toutes les étapes décrites ci-dessous : a- Les prétraitements et traitements primaires Les prétraitements permettent d’éliminer les déchets de taille importante à l’aide d’une grille. Les déchets retenus sont en générale, les déchets supérieurs à 10 mm de diamètre. Les traitements primaires permettent d’éliminer, dans un premier temps, les MES (Matières En Suspension) les plus lourdes, c’est-à-dire, les MES qui ont une densité supérieure à l’eau. Les traitements primaires permettent, dans un second temps, d’éliminer les huiles et graisses présentent dans les eaux usées.
  • 25. 23 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel b- Les traitements secondaires Les traitements secondaires permettent, quand l’épuration est biologique, d’éliminer la pollution carbonée présente dans l’eau par des microorganismes chimiotrophes. Ces traitements font diminuer la DCO (Demande Chimique en Oxygène), la DBO5 (Demande Biologique En Oxygène pendant Cinq jours) et les MES. c- Les traitements tertiaires Les traitements tertiaires permettent d’éliminer les matières azotées et phosphorées présentent dans l’eau quand la station est en zone plus stricte. On peut prendre par exemple les zones sensibles qui sont des zones particulièrement sensibles aux pollutions, notamment celles qui sont sujets à l’eutrophisation et dans lesquelles les rejets de phosphore, d’azote ou de ces deux substances doivent être réduits. Les traitements tertiaires permettent également d’augmenter les rendements d’élimination de la pollution carbonée et de désinfecter l’eau traitée lorsque qu’elle est rejetée à proximité des zones de baignade. d- Les traitements des boues Les traitements des boues permettent de réduire la siccité des boues, c’est-à- dire à réduire leur teneur en eau pour, au final, réduire leur volume. Ils permettent également de les stabiliser pour éviter leur fermentation.
  • 26. 24 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.2- Le lagunage La technique de l’épuration par lagunage consiste à faire circuler lentement un effluent, préalablement dégrillé, dans une succession de bassins peu profonds, appelés lagunes. Les lagunes sont au nombre minimum de trois et sont connectées en cascade. La matière organique est partiellement dégradée au cours de son cheminement dans les bassins via les microorganismes aérobies. L’oxygène qui est nécessaire aux bactéries épuratrices est en partie apporté par photosynthèse grâce aux algues qui se développent dans les bassins. Le lagunage naturel demande beaucoup de surface de terrain mais a le coût de construction le plus faible. L’entretien du système consiste à un curage tous les cinq ans environ des lagunes et à la tonte des abords. Figure 13 : Principe de fonctionnement d'une station à lagunage Source : http://www.crit.archi.fr/ Figure 12 : Exemple de lagunage naturel Source : http://www.crit.archi.fr/
  • 27. 25 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.3- Les boues activées La technique des boues activées est la méthode la plus répandue pour les agglomérations de plus de deux mille habitants. En effet, ce procédé est le plus efficace pour éliminer la pollution azotée et phosphorée. La dégradation aérobie de la pollution s’effectue par un mélange des microorganismes épurateurs présents dans les boues et de l’effluent à traiter. Les phases « eaux épurées » et « boues épuratrices » sont ensuite séparées par gravité dans un décanteur. Pour éliminer le phosphore, un traitement par précipitation avec ajout de réactif (le plus souvent, du chlorure ferrique FeCl3) est en général requis pour atteindre des bons rendements. Mais les filières de types boues activées sont, en général, peu utilisées dans les petites collectivités en raison de leur complexité et du coût de leur entretien. Figure 15 : Principe de fonctionnement d'une station par boue activée Source : http://eau.seine-et-marne.fr/ Figure 14 : Exemple d'une station par boues activées Source : http://eau.seine-et-marne.fr/
  • 28. 26 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.4- Les disques biologiques Le procédé d’épuration par disques biologiques est un procédé par culture fixée. Les microorganismes se développent et forment un film biologique épurateur à la surface d’une batterie de disques de deux à trois mètres de diamètre semi- immergés où l’eau à traiter circule. Au cours de la rotation des disques, le biofilm fixé est alternativement mis en contact avec l’oxygène de l’air et de la pollution à dégrader. L’effluent est préalablement décanté afin d’éviter tout colmatage des matériaux supports. Les boues qui se décrochent sont ensuite séparées de l’eau traitée par décantation dans un clarificateur. Figure 17 : Principe de fonctionnement d'une station à disque biologique Source : http://www.eau.public.lu/ Figure 16 : Exemple de station à disque biologique Source : http://www.eau.public.lu/
  • 29. 27 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.5- Les filtres plantés de roseaux Le principe d’épuration par les filtres plantés de roseaux est basé sur le principe du développement d’une biomasse aérobie fixée sur un sol artificiel. Il existe de nombreuses combinaisons possibles mais la filière principale est la filière classique qui comporte deux étages verticaux en série. Le premier étage est alimenté avec des eaux brutes simplement dégrillées. En effet, les systèmes de traitement primaire ne sont pas nécessaires. Le colmatage des filtres par les dépôts est évité grâce à l’action mécanique des tiges des roseaux sous l’action du vent. Les lits du deuxième étage apportent un complément de traitement dont le but est d’assurer une dégradation complète de la pollution azotée. Ce type de traitement a, en général, un coût plus élevé que les stations à lagunage. L’entretien consiste à couper les roseaux annuellement. Il n’y a pas d’évacuation de boues liquides, les boues déshydratées (assimilables à du compost) sont évacuées tous les dix ans environ. Cette filière est actuellement la plus utilisée en milieu rural du fait de sa facilité d’entretien et de son faible coût d’exploitation. Figure 19 : Principe de fonctionnement d'une station à filtre plantée de roseaux Source : http://www.sillon38.com/ Figure 18 : Exemple de filtre planté de roseaux Source : http://www.sillon38.com/
  • 30. 28 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.6- Les lits bactériens Le principe d’épuration par lit bactérien est un procédé par culture fixée. Après les traitements primaires, l’eau arrive sur un lit de matériaux poreux où les microorganismes épurateurs peuvent si fixer. L’oxygène est apporté par aération du lit bactérien. Après avoir traversée le lit bactérien, l’eau va aller dans un décanteur qui va séparer l’eau traitée et les boues. Ce système est majoritairement utilisé pour les eaux très chargées qui peuvent provenir, par exemple, d’industrie agroalimentaire. Figure 21 : Principe de fonctionnement d’une station à lit bactérien Source : http://www.hqe.guidenr.fr/ Figure 20 : Exemple d'une station à lit bactérien Source : http://www.hqe.guidenr.fr/
  • 31. 29 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2 – Choix de la méthode retenue pour la commune de Bagneaux 2.1- Capacité de la future station de traitement des eaux usées L’Arrêté du 22 juin 2007, relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations dit : Les stations d’épuration et leur capacité de traitement sont dimensionnées de façon à traiter le débit de référence, la charge brute de pollution organique, ainsi que les flux de pollution produits par l’agglomération, en tenant compte de ses perspectives de développement. L’étude du zonage d’assainissement prévoit que le futur réseau d’assainissement collectif serait raccordé à 64 habitations présentes sur le bourg. Nous avons vue dans le tableau 1 (types de logement à Bagneaux) que le taux de résidences principales au niveau de la commune est de 67,3 % et que le taux de résidences secondaires est de 21,3 %. De ce fait, le futur réseau d’assainissement collectif serait raccordé à 43 résidences principales et à 13 résidences secondaires. De plus, nous savons qu’il y a environ 2,4 habitants par résidence, donc : - 2,4 * 43 = 103 habitants en résidence principale. - 2,4 * 13 = 31 habitants en résidence secondaire. La future station de traitement des eaux usées serait donc raccordée à, au maximum, environ 134 habitants actuellement. Mais nous devons prendre également en compte l’évolution future de la population de Bagneaux. Selon l’Insee, la population dans l’Yonne augmenterait de 0,2 % tous les ans. Or, la population de Bagneaux à augmenter de 2,57 % par ans ces dernières années. Nous allons prendre comme scénario où la population de Bagneaux continuerait à augmenter légèrement plus que la moyenne de l’Yonne, soit 0,5 % par ans. De ce fait, si nous nous projetons cinquante ans plus tard en 2065, la population du bourg serait d’environ 167 habitants.
  • 32. 30 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel La future station de traitement des eaux usées aura donc une capacité de 167 EH (équivalents habitants), que l’on peut arrondir à 170 EH, pour prévoir le développement futur de la population. Tous ces éléments cités précédemment sont résumés dans le tableau ci-dessous : Nombre % Habitations raccordées 64 100 Résidences principales 43 67,3 Résidences secondaires 13 21,3 Habitants en résidence principale 103 76,9 Habitants en résidence secondaire 31 23,1 Total habitants raccordés 134 100 Estimation de l'évolution de la population par an - 0,5 Habitants raccordés estimé en 2065 167 - Tableau 3 : Estimation de la population du bourg en 2065 2.2- Type d’effluent à traiter La station recevra principalement des eaux résiduaires urbaines et quelques eaux résiduaires proviendraient de deux exploitations agricoles céréalières présentent sur le bourg de la commune mais elles seront en très faible quantité comparées aux eaux résiduaires urbaines. La station ne recevra aucune eau pluviale car le réseau d’assainissement collectif sera entièrement séparatif. La station aura une capacité maximale de 170 EH. Un équivalent habitant correspond à la quantité de pollution qu’un habitant rejette par jour, soit : - 120 g de DCO (Demande Chimique en Oxygène) par habitant et par jour. - 60 g de DBO5 (Demande Biologique en Oxygène en 5 jours) par habitant et par jour.
  • 33. 31 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel - 90 g de MES (Matières En Suspension) par habitant et par jour. - 15 g de NTK (Azote de Kjeldahl) par habitant et par jour. - 6 g de Pt (Phosphore totale) par habitant et par jour. Un équivalent habitant correspond également à 150 litres d’eau usée par habitant et par jour. Nous pouvons donc estimer les caractéristiques de l’eau à traiter par la future station de traitement des eaux usées qui sont présentées dans le tableau suivant : Caractéristiques de l'effluent à traiter Capacité épuratoire de la station (EH) 170 Débit d'eau à traiter (m3 /jour) 25,5 Débit d'eau à traiter (m3 /h) 1,1 Flux massique Concentration massique kg/jour g/h mg/l g/m3 DCO 20,4 850 800 800 DBO5 10,2 425 400 400 MES 15,3 638 600 600 NKT 2,6 108 100 100 Pt 1,0 42 40 40 Tableau 4 : Caractéristiques de l'eau à traiter par la future station 2.3- Capacité d’épuration à obtenir avant le rejet dans le milieu naturel Les stations de traitement des eaux usées doivent respecter les normes de rejet définies par l’arrêté du 22 juin 2007. Les stations peuvent être divisées en deux catégories : - Les stations traitant une charge brute de pollution organique inférieure ou égale à 120 kg/j de DBO5 (ou inférieure ou égale à 2 000 EH). - Les stations traitent une charge brute de pollution organique supérieure à 120 kg/j de DBO5 (ou supérieure à 2 000 EH). Les stations d’une capacité supérieure à 2 000 EH ont des normes de rejets beaucoup plus stricts. De plus, si ces stations se situent dans des zones sensibles sujettes à l’eutrophisation, des normes de rejet de l’azote total (NGL) et du phosphore total (Pt) sont prescrites. Ce qui n’est pas forcément le cas pour les stations ayant une capacité inférieure à 2 000 EH.
  • 34. 32 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Le traitement de l’eau usée pour les stations ayant une capacité inférieur à 2 000 EH doit, au minimum, permettre d’atteindre les rendements ou la concentration prévue est dans l’annexe I de l’Arrêté du 22 juin 2007, présenté ci-dessous : Paramètres Concentration à ne pas dépasser Rendement minimum à atteindre DBO5 35 mg/l 60% DCO 60% MES 50% Tableau 5 : Annexe 1 de l'Arrêté du 22 juin 2007 Des valeurs plus sévères que celles mentionnées en annexe I peuvent être fixées par le préfet si les objectifs de qualité des eaux réceptrices les rendent nécessaires. Notamment si le débit de rejet de la station d’épuration est supérieur à 25 % du débit du cours d’eau récepteur du rejet pendant une partie de l’année Le débit de rejet de la station sera au maximum de 25,5 m3 /j et le débit de la rivière La Vanne à un débit moyen de 5,40 m3 /s et un débit d’étiage de 3,8 m3 /s, soit 328 320 m3 /j. 25% du débit d’étiage représente 82 080 m3/j. Le débit de rejet de la station est donc nettement inférieur à 25% du débit du cours d’eau récepteur. Les effluents traités par la future station de traitement des eaux usées pourront donc uniquement respecter l’annexe 1 de l’arrêté du 22 juin 2007. 2.4- Comparaison des différentes méthodes Comme nous venons de le voir précédemment, il existe de multiple façon de traiter les eaux usées. Mais toutes ces méthodes ont des rendements épuratoires, des coûts, des modes d’exploitation, des superficies et une intégration dans le paysage différente. En milieu rurale, la conception des petites stations doit être simple et permettre une exploitation aisée. En effet, l’entretien y est presque toujours assuré par un personnel non spécialisé, souvent affecté à temps partiel à l’installation. Les petites communes rurales ont des ressources financières limitées. De ce fait, les procédés d’épuration qui ont un coût et une complexité d’entretien élevée sont généralement peu utilisés car ils peuvent consommer trop d’électricité et de réactif.
  • 35. 33 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel La superficie de la station d’épuration n’est pas une problématique majeure car il y a, en générale, beaucoup d’espaces disponibles dans les communes rurales. Mais il faut également prendre en compte que, plus la superficie de la station est grande, plus le coût de l’achat de terrain est élevé. L’intégration dans le paysage à également son importance dans les petites collectivités. En effet, une station qui s’intègre mieux dans le paysage et qui passe le plus inaperçue possible est plus appréciée par les habitants de la commune et présente un faible impact paysagé. Enfin, une station de traitement des eaux usées doit avoir le moins d’impacts possibles sur le milieu récepteur. Pour cela, la station doit avoir les plus hautes capacités épuratoires possibles. En résumé, une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale doit : - Avoir un coût d’entretien faible. - Avoir un système de traitement et une exploitation simple. - Une bonne intégration dans le paysage. - Un prix raisonnable pour la commune. - Un impact sur le milieu récepteur le plus faible possible. Le lagunage a des performances épuratoires très limité et donc un impact plus élevé sur le milieu récepteur. Par exemple, il y a un fort développement d’algues vertes en été, qui sont ensuite déversées dans la rivière en période d’étiage où le milieu est le plus sensible. De plus, la commune doit disposer d’une surface de terrain importante et d’un prix de terrain faible. En effet, il faut environ 10 m² de plan d’eau par habitant. Mais c’est une méthode qui est peu chère en réalisation et en exploitation. Elle est très intéressante du point de vue de l’investissement, de l’entretien et de l’exploitation simple et rustique. En effet, l’entretien de ce système consiste juste à un curage des boues dans le bassin tous les quatre à cinq ans environ et à la tonte des abords. Les lagunes s’intègrent parfaitement dans le paysage car son aspect extérieur est semblable à celui d’une mare. Le lagunage est beaucoup utilisé lorsque le réseau de collecte est unitaire car il supporte très bien les variations de charges organiques arrivantes.
  • 36. 34 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Les stations à boues activées sont les systèmes les plus répandus pour l’épuration des eaux usées. Cette filière est très connue et est très performante sur tous les types de pollution (que ce soit matières organiques ou nutriments). Mais ces stations ont un coût d’exploitation et d’investissement très élevé. Certain traitement nécessite l’apport de réactif (pour le phosphore par exemple) et la consommation en électricité est très élevée du fait d’une aération quasi permanente dans le bassin d’aération. De plus, la station doit être suivie par un personnel ayant suivi une formation adéquate car certains réglages, comme les débits ou les temps d’aération, peuvent être compliqués. Ce type de traitement produit de grand volume de boues qu’il faut évacuer chaque année. Les disques biologiques ont globalement des capacités d’épuration des matières organiques acceptables mais faibles pour les nutriments (phosphore et azote). Comme les disques sont couverts, ils ont une bonne adaptation aux climats froids. Le coût d’exploitation est plus faible que les boues activées car la consommation énergétique est modérée et la gestion des boues est également moins compliquée car les boues sont bien épaissies dans le décanteur. Mais cette méthode demande aussi un personnel d’exploitation qualifié et il y a peu de référence en France dans la gamme des petites stations de traitement des eaux usées. C’est en effet une méthode très peu utilisée en milieu rural. Les filtres plantés de roseaux ont de très bonne capacité d’épuration pour les matières organiques et ainsi un impact très faible sur le milieu récepteur. C’est une méthode fiable qui a un coût d’exploitation très réduit du fait que l’entretien consiste à couper les roseaux annuellement et à évacuer tous les dix ans des boues déshydratées (assimilables à un compost). De plus, certains systèmes fonctionnent sans électricité et, lorsque l’électrique est indispensable, les consommations sont très faibles. Cette méthode s’intègre parfaitement dans le paysage car il est comparable à des zones humides. La méthode des filtres plantés de roseaux a ses limites. En effet, elle est inadaptée pour les grandes collectivités car elle demande une grande emprise aux sols et elle a un faible abattement du phosphore.
  • 37. 35 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Les lits bactériens ont des niveaux d’épuration loin d’être parfaits, l’abattement de l’azote et du phosphore est en effet limité. Son entretien est cependant simple mais régulier (débouchage des trous du sprinkler). Les consommations énergétiques sont modérées et les boues sont bien épaissies dans le décanteur. Le tableau suivant récapitule et compare les principales caractéristiques des méthodes de traitement des eaux usées décrites précédemment : Tableau 6 : Comparaison des différents types d’épuration des eaux usées Procédés Le lagunage Les boues activées Les disques biologiques Les filtres plantés de roseaux Les lits bactériens Performance DBO5 et DCO + ++ + ++ - Performance NGL et Pt Nitrification + ++ + ++ + Dénitrification - ++ - + - Abattement du phosphore - ++ - - - Fiabilité, rusticité ++ - - ++ - Coût de réalisation (2010) 300 €/EH 450 €/EH 380 €/EH 400 €/EH 400 €/EH Coût d'exploitation (2010) 8 €/EH 20 €/EH 17 €/EH 10 €/EH 18 €/EH Facilité d'exploitation ++ -- - ++ + Gestion des boues - -- - + - Intégration, esthétique ++ -- -- ++ -- Superficie globale 15 m2 /EH 1,5 m2 /EH 1,5 m2 /EH 4 m2 /EH 1,5 m2/EH
  • 38. 36 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel ++ : Solution très avantageuse pour le critère considéré. + : solution avantageuse pour le critère considéré. - : solution défavorable pour le critère considéré. -- : solution très défavorable pour le critère considéré Mais il est plus judicieux de prendre en compte les caractéristiques importantes pour la commune de Bagneaux qui nous le rappelons sont : - Avoir un coût d’entretien faible. - Avoir un système de traitement et une exploitation simple. - Une bonne intégration dans le paysage. - Un prix d’investissement raisonnable pour la commune. - Un impact sur le milieu récepteur le plus faible possible. Nous pouvons donc attribuer, par exemple, une note sur vingt pour chaque méthode de traitement en attribuant : - 5 points pour le coût d’entretien car ce coût est entièrement pris en charge par la commune. - 5 points pour le système de traitement et la facilité d’exploitation car la station de traitement sera entretenue par un personnel non qualifié. - 5 points pour les capacités épuratoires car la station doit avoir un impact le plus faible possible sur le milieu récepteur. - 3 points pour le prix de construction car même si il est élevé, des redevances peuvent être versées à la commune. - Et enfin 2 points pour l’intégration dans le paysage car même si il est important, il n’est pas nécessaire au bon fonctionnement de la station. Ainsi, le tableau suivant nous montre les comparaisons de chaque méthode de traitement décrite précédemment en prenant en compte les caractéristiques importantes pour une commune rurale. Une note finale est ainsi attribuée à chaque méthode.
  • 39. 37 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Le lagunage Les boues activées Les disques biologiques Les filtres plantés de roseaux Les lits bactériens Note coût d'entretien (sur 5) 5 Peu de consommation d'électricité. 1 Forte consommation d'électricité et de réactif 3 Consommation d'électricité moyenne mais pas de réactif 5 Peu de consommation d'électricité 3 Consommation d'électricité moyenne mais pas de réactif Note système de traitement et facilité d'exploitation (sur 5) 4 Curage des boues tous les 5 ans et tonte des abords 1 Besoin de personnels qualifiés et difficulté de calcul de débit 3 Besoin de personnels qualifiés mais pas de calcul de débit 5 Curage des boues tous les 10 ans et coupe annuelle des roseaux 3 Besoins de personnels qualifiés mais pas de calcul de débit Note coût de construction (sur 3) 2 Faible coût mais coût d'achat des terrains élevés 1 Coût de construction élevé mais faible espace nécessaire 2 Coût de construction modéré et faible espace nécessaire 2 Coût de construction modéré et un espace nécessaire un peu plus important 2 Coût de construction modéré et faible espace nécessaire Note capacité épuratoire (sur 5) 1 Développement d’algue verte et performance limitée 5 Très efficace sur tous les types de pollution urbaine 2 Capacités d’épuration modérées. 4 Très efficace, sauf pour la pollution phosphorée 2 Capacités d’épuration modérées Note intégration dans le paysage (sur 2) 2 Comparable à une mare 0 Fabriqué en béton 0 Fabriqué en béton 2 Comparable à une zone humide 0 Fabriqué en béton Note finale (sur 20) 14 8 10 18 10 Tableau 7 : Comparaison des différentes méthodes d’épuration et attribution d’une note à chaque type
  • 40. 38 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2.5- Choix de la méthode retenue Afin d’aider les collectivités dans leur choix pour le traitement des eaux usées de leur commune, l’agence de l’eau a mis à disposition ce graphique : Figure 22 : Graphique des domaines conseillés et possibles pour le traitement des eaux usées. Source : Agence de l’eau Seine-Normandie La future station de traitement des eaux usées aura une capacité maximum de 170 EH. La méthode conseillée par l’agence de l’eau est le filtre planté de roseaux. Les méthodes par lagunage naturel, lit bactérien et disques biologiques sont des méthodes possibles mais la méthode par boues activées est exclue. En effet, les stations par boues activées sont trop chers en exploitation et aussi trop complexes pour les petites collectivités. De plus, la station par boues activées ne s’intègre pas du tout au paysage. Les méthodes par lit bactérien et par disques biologiques sont également à exclure pour la commune de Bagneaux car si le coût d’exploitation est plus faible que les boues activées, elles sont encore trop élevées pour la commune. De plus, ces méthodes ne s’intègrent également pas au paysage. Les méthodes par lagunage et par filtres plantés de roseaux sont les méthodes qui conviendraient à la commune de Bagneaux. En effet, l’exploitation de ces 2 méthodes est simple et a un faible coût. De plus, ces deux méthodes s’intègrent parfaitement dans le paysage. Le lagunage à l’avantage du prix de réalisation mais le filtre planté de roseaux à l’avantage d’une plus faible emprise au sol (qui, de ce fait, diminue le
  • 41. 39 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel coût de réalisation si la commune doit acquérir un nouveau terrain) et d’une gestion des boues plus simple. De plus, les filtres plantés de roseaux ont un impact plus faible sur le milieu récepteur que le lagunage. En effet, le filtre planté de roseaux a de meilleures performances que la lagune. De plus, en été, le lagunage rejette de l’eau qui va être chauffée du fait que l’eau reste longtemps stagnante dans les lagunes et au soleil et il y a également des développements d’algues vertes. L’eau chaude et les algues vertes ont un fort impact sur le milieu aquatique car elles diminuent le taux d’oxygène et fait augmenter le risque d’eutrophisation. La méthode retenue pour la commune de Bagneaux est donc le filtre planté de roseaux. Non seulement car c’est la méthode conseillée par l’agence de l’eau pour les petites stations de traitement des eaux usées, mais également car c’est une méthode simple, efficace, économique, durable, sobre en énergie et bien intégrée dans le paysage.
  • 42. 40 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Partie III : La conception de la station de traitement des eaux usées
  • 43. 41 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1 – Réalisation d’une station à filtre planté de roseaux 1.1- Fonctionnement d’une station à filtre planté de roseaux La station à filtre planté de roseaux doit contenir les éléments suivants et dans cet ordre : - Le dégrillage - Le relevage de tête et le système de distribution primaire - Le filtre primaire - Le second relevage et le système de distribution secondaire - Le filtre secondaire - Les mesures en sortie Des autres éléments sont également indispensables tels qu’une armoire électrique, un local technique et des abords. Des fossés de dissipation peuvent également être présents en toute fin des processus d’épuration. a- Le dégrillage La fonction du dégrillage est de retenir les déchets les plus grossiers (comme par exemple : les lingettes, les serpillières etc…). Il y a deux types majeurs de dégrillages : le dégrillage fin et le dégrillage grossier. Le dégrillage fin (qui a un entrefer d’environ 10 mm) offre l’avantage d’un compost plus « propre » au curage du filtre et d’une protection des pompes de relevage mais à l’inconvénient de la quantité de refus. Le dégrillage grossier (qui a un entrefer d’environ 40 mm) réduit cette quantité mais au prix d’un risque accru de blocage des pompes et de quelques dépôts indésirables sur les filtres. Le dégrillage fin est en général privilégié afin de ne pas abimer les pompes. Figure 23 : Exemple de dégrillage manuel Source : www.alistep.com
  • 44. 42 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Pour les petites collectivités, le dégrillage est souvent manuel. L’ouvrier débarrasse une à deux fois par semaine avec un râteau une simple grille inclinée. Les refus sont ensuite égouttés, déposés dans une poubelle et envoyés aux ordures ménagères. La photo ci-dessus nous montre un exemple de dégrillage manuel. b- Le relevage de tête et le système de distribution primaire La fonction du relevage de tête est de stocker les eaux brutes et de les envoyer à la surface du filtre. En effet, les eaux brutes doivent être forcées dans les canalisations de distribution et assez puissantes pour les amener jusqu’aux extrémités du filtre. Le relevage des eaux brutes peut être assuré de deux manières : par gravité ou par pompage. L’alimentation gravitaire est réalisée par un dispositif mécanique de type chasse, auget basculant, siphon auto-amorçant… L’alimentation par pompage des filtres du premier étage est assurée par deux pompes suivies d’un jeu de trois vannes à actionner tous les trois jours, lors du basculement du service d’un filtre à l’autre. La permutation d’un filtre à son voisin en fin de service est manuelle sur les petites stations (l’ouvrier ferme une vanne et en ouvre une autre). Prenons l’exemple d’une configuration en trois filtres, nous pouvons décrire la séquence des opérations dans le cas d’un filtre alimenté par un poste de relevage à deux pompes fonctionnant en alternance. Un regard à vanne comprenant une vanne par filtre est situé après le poste de refoulement. Figure 24 : Schéma de principe de la distribution primaire Période 1 : filtre 1 en service, 3 jours Pompe 1 ou 2 en service, vanne 1 ouverte, filtre 1 alimenté. Les 2 autres vannes sont fermées. A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 2 et ferme la vanne 1. Période 2 : filtre 2 en service, 3 jours Pompe 1 ou 2 en service, vanne 2 ouverte, filtre 2 alimenté. Pompe 1 Pompe 2 Poste à 2 pompes Regard à vannes 1 2 3 Filtre 1 Période 1 Filtre 2 Période 2 Filtre 3 Période 3
  • 45. 43 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Les 2 autres vannes sont fermées. A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 3 et ferme la vanne 2. Période 3 : filtre 3 en service, 3 jours Pompe 1 ou 2 en service, vanne 3 ouverte, filtre 3 alimenté. Les 2 autres vannes sont fermées. A la fin de la période, l’ouvrier ouvre la vanne 1 et ferme la vanne 3. On a donc un cycle de neuf jours : trois jours d’alimentation et six jours de repos. c- Le filtre primaire Le filtre primaire est toujours à écoulement vertical, en effet, les autres types de filtre alimentés en eaux brutes se bouchent presque immédiatement. Le filtre primaire est le cœur vivant de la station, de fait, il est plus étendu que le filtre secondaire, plus efficace (l’abattement de la pollution carbonée se produit principalement sur le premier étage) et plus tolérant aux à-coups polluants. Un filtre primaire est constitué de trois couches successives de granulat sur une hauteur totale de 80 cm environ. La composition des granulats est la suivante, da haut en bas : - 30 cm de matériaux filtrants – gravier 2/8. - 20 cm de matériaux de transition – gravier 5/10. - 30 cm de matériaux drainants – galets 20/60. Les roseaux (Phragmites australis), plantés sur le filtre, remplissent plusieurs fonctions : - Favorisent le développement des bactéries en dégageant de l’oxygène. - Diminuent le risque de colmatage. - Protègent le filtre du soleil, des rayons U.V et de l’assèchement. - Améliorent l’esthétique des filtres et confinent les odeurs. Le filtre est alimenté en surface et parcouru de haut en bas. L’épuration y est assurée par deux processus principaux : le dépôt des matières en suspension à la surface du filtre et la minéralisation du dépôt pendant les périodes de repos. Ainsi que la dégradation biologique des matières dissoutes par la biomasse bactérienne
  • 46. 44 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel aérobie fixée sur le granulat et les rhizomes du massif filtrant, qui sont non saturés et donc bien oxygénés. Figure 25 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement vertical Source : www.hqe.guidenr.fr Les filtres ont pour objectif majeur de dégrader la fraction carbonée avec également un début de nitrification. d- Le second relevage et le système de distribution secondaire. La fonction du second relevage est de stocker les eaux traitées du premier étage et de les envoyer à la surface du filtre secondaire. Le relevage des eaux traitées peut également être assuré de deux manières : par gravité ou par pompage. Dans le cas où le second étage est constitué de deux filtres alimentés par un poste de relevage à deux pompes, le fonctionnement est le même que le relevage de tête. La seule différence est qu’il y a seulement deux vannes dans le regard à vanne au lieu de trois. Un filtre doit être alimenté pendant trois jours et ensuite avoir une période de repos de trois jours également.
  • 47. 45 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel e- Le filtre secondaire Le filtre primaire est toujours de type vertical (l’eau circule dans le filtre de haut en bas). Ensuite, les eaux en sortie peuvent être envoyées sur un filtre secondaire à écoulement vertical, à granulométrie plus fine, ou à écoulement horizontal (l’eau circule dans le filtre horizontalement). Le filtre secondaire vertical donne des résultats excellents sur la pollution carbonée et l’azote ammoniacal, moins bon sur l’azote global et le phosphore. Le filtre secondaire horizontal à des performances un peu meilleures sur l’azote et le phosphore mais au prix d’une difficulté accrue en exploitation. Figure 26 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement horizontal Source : www.hqe.guidenr.fr En France, le second étage est majoritairement vertical tandis que le second étage est majoritairement horizontal ailleurs dans le monde. Dans le cas de la commune de Bagneaux, il est préférable d’avoir un second étage vertical du fait d’une meilleure facilité d’exploitation. Les capacités épuratoires de l’azote et du phosphore sont meilleures sur les filtres horizontaux. Ainsi, un filtre horizontal est préférable pour limiter les impacts sur les milieux récepteurs. Cependant, le second étage vertical est retenu pour avoir une meilleure facilité d’exploitation. Un fossé de dissipation sera réalisé afin de limiter les impacts sur le milieu récepteur.
  • 48. 46 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel f- Les mesures en sortie. L’article 14 de l’arrêté de 2007, relatif aux stations supérieur à 20 EH et inférieur à 2000 EH, dit que : Les stations d’épuration relevant du présent article doivent être équipées d’un dispositif de mesure de débit et aménagées de façon à permettre le prélèvement d’échantillons représentatifs des effluents en sortie. La mesure du débit est donc obligatoire et est réalisée par un canal Venturi placé en sortie du second étage et aussi près que possible de la surface du sol et à ciel ouvert. Le point de prélèvement est placé dans un compartiment en amont du canal. g- Le fossé de dissipation. Le fossé de dissipation est une zone humide artificielle interposée entre la sortie de la station et le rejet dans le milieu récepteur. Le fossé de dissipation a de multiples objectifs tels que le complément du traitement, l’amélioration de l’oxygénation, exporter une partie du rejet par infiltration et évaporation et favoriser l’installation d’une faune et d’une flore diversifiées. La réduction des débits rejetés au milieu récepteur contribue à améliorer la qualité du milieu récepteur, surtout en étiage car même si l’eau est traitée, elle est toujours plus polluée que celle du milieu récepteur. Figure 27 : Exemple de canal Venturi Source : www.sate.epuration.fr Figure 28 : Exemple de fossé de dissipation Source : www.jean-voisin.fr
  • 49. 47 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel h- Le local technique et les abords. Le local technique permet à l’armoire électrique d’être mieux protégée des intempéries et du vandalisme. Les agents d’entretien peuvent également s’y abriter, se laver les mains et ranger un minimum de matériel. La station doit avoir des accès convenables pour être accessible par des engins de travaux publics. Elle doit également être raccordée au réseau public d’eau potable pour permettre le nettoyage des ouvrages, l’arrosage des plantations et pour le confort des agents d’entretien. Enfin, l’arrêté de 2007 impose de clôturer les stations d’épuration pour y interdire l’accès à toute personne non autorisée. 1.2- Lieu de construction Avant de choisir le meilleur site, il faut d’abord déterminer la superficie qu’aura la future station car c’est un élément déterminant au choix du site. Un filtre planté à deux étages prend 2 m²/EH de surface utile et 4 à 6 m²/EH de surface totale. Soit, pour une station de 170 EH, 340 m² de surface utile et 680 à 1020 m² de surface totale. Il n’y a pas de site parfais pour installer une station d’épuration. Plusieurs paramètres sont à prendre en compte tels que : - L’ensoleillement, car les filtres à roseaux doivent être exposés au maximum au soleil. - Le voisinage, car la station d’épuration doit être éloignée des quartiers d’habitation présents et futurs. - Le milieu récepteur, qui doit être le plus proche possible de la station. - Le prix foncier, qui doit être faible pour les petites communes. - La zone inondable, car la station doit être si possible hors zone inondable. - L’accessibilité. Si possible, la station doit être à proximité d’une route ou d’un chemin. - Et la topographie, car l’eau doit s’écouler par gravité jusqu’à la station. Ainsi, plusieurs scénarios sont possibles pour l’implantation de la future station. Nous pouvons retenir 3 sites qui pourraient convenir à la station, représentés sur la carte ci-dessous :
  • 50. 48 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Figure 29 : Emplacement possible de la future station de traitement des eaux usées Source de la carte : Géoportail Le site 1 est en permanence exposé au soleil, la rivière La Vanne y est très proche, il y a une route à proximité, le terrain appartient déjà en partie à la commune et il permettrait à l’eau de s’écouler par gravité jusqu’à la station. Mais le site est proche des habitations et est situé en zone inondable, dans le lit moyen de la rivière La Vanne. Le site 2 est en permanence exposé au soleil, la rivière La Vanne y est assez proche, un chemin est à proximité, il est éloigné des habitations et il permettrait à l’eau de s’écouler par gravité jusqu’à la station. Mais le site est situé sur un terrain qui n’appartient pas à la commune et est situé en zone inondable, dans le lit majeur de la rivière. Le site 3 est en permanence exposé au soleil, une route est à proximité, la rivière La Vanne y est proche, il est éloigné des habitations et est hors zone inondable. Mais le site est présent sur un terrain qui n’appartient pas à la commune et il ne permettrait pas à l’eau de s’écouler par gravité jusqu’à la station. 1 2 3 Site 1 Site 2 Site 3
  • 51. 49 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Le site 1 n’est pas le meilleur choix du fait qu’il soit situé à proximité des habitations et du fait qu’il soit dans le lit moyen de la rivière. Le site 3 n’est pas mieux approprié car il faudrait construire des postes de relevage pour acheminer l’eau jusqu’à la station et couterait trop cher à la commune. Le site 2 est le site le mieux approprié à la commune. En effet, même si il est situé en zone inondable, il est dans le lit majeur de la rivière qui est une zone d’expansion de crue rare à exceptionnelle et donc très rarement submergé. De plus, de nombreuses stations sont situées en zone inondable. Les ouvrages sensibles (comme le local technique et les équipements électriques) doivent être situés au-dessus du niveau des plus hautes eaux connues. La station à filtre planté de roseaux peut également être construite sur remblais pour être au-dessus des plus hautes eaux connues et ainsi éviter d’endommager les ouvrages et de répandre des polluants. Il n’y a pas de valeurs des plus hautes eaux connues sur la commune. Mais la station de mesure des débits et des hauteurs d’eau située à Pont-sur-Vanne, à 15 km en aval de Bagneaux, a mesurée une hauteur maximum de 76 cm alors que la valeur moyenne habituelle est de 25 cm. Ce qui fait une différence de 51 cm par rapport à la hauteur moyenne. Ainsi, surélever le local technique de 50 cm suffira amplement à protéger les appareils électriques. Les filtres plantés peuvent également être surélevés de 50 cm, mais cela demanderait un coût supplémentaire. Le site 2 est situé, dans le P.L.U de Bagneaux, dans une zone N (Naturelle). Le P.LU dit que : La zone N correspond aux espaces qu’il convient de conserver soit comme espace boisé, en raison de la qualité du boisement, soit en raison de la qualité des sites et des paysages, et notamment de la présence de la plaine alluviale de le Vanne, laquelle présente en outre un caractère inondable. Les équipements collectifs y sont cependant autorisés. De plus, le P.L.U stipule que « Sont admises les occupations et utilisations du sol telle que les constructions, ouvrages et installations nécessaires aux équipements collectifs d’infrastructures et de superstructure (station d’épuration, de pompage, transformateurs électriques, cimetières, terrains de sport de plein air, etc.), à condition qu’ils s’implantent à proximité des zones agglomérées, sauf impossibilité technique ou contre-indication en terme de nuisances ou réglementaires.
  • 52. 50 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Ainsi, le P.L.U autorise la construction de la station d’épuration dans cette zone. En effet, la station n’est pas à proximité des zones agglomérées et il en est ainsi pour éviter les nuisances comme par exemple les nuisances olfactives. 1.3- Plan de la future station Les figures suivantes présentent le plan masse ainsi que le synoptique de la station de traitement des eaux usées, des plans de plus grande taille sont présents en annexe : Figure 30 : Plan masse de la station de traitement des eaux usées 1- Arrivée des eaux usées 2- Regard 3- Dégrilleur manuel 4- Poste de relevage n°1 ; 2 pompes 5- Regard à 3 vannes 6- Étape 1 : 3*68m² soit 204 m² Filtre à percolation verticale 80 cm de couche filtrante 7- Système d’alimentation avec plaque de dissipation de flux 8- Poste de relevage n°2 ; 2 pompes 9- Regard à 2 vannes
  • 53. 51 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 10- Étage 2 : 2*68m² soit 136 m² Filtre à percolation verticale 80 cm de couche filtrante 11- Système d’alimentation 12- Canal Venturi avec débitmètre 13- Fossé de dissipation 14- Clôture 15- Sortie des eaux traitées 16- Local technique de 10 m² Le local technique est surélevé de 50 cm, mais il n’est pas capital de surélever les filtres. En effet, l’arrêté de 2007 autorise plusieurs dysfonctionnements par an de la station d’épuration et la station est située sur une zone de crue rare à exceptionnelle. De plus, les impacts environnementaux seraient minimes du fait que les eaux brutes se perdraient dans le débit de crue, et la rivière, polluée à une toute autre échelle par les érosions en amont, ne verrait pas la différence. Figure 31 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux
  • 54. 52 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.4- Entretiens Il y a trois catégories d’entretien, les entretiens courants (qui sont à réaliser une à deux fois par semaine ou plusieurs fois par an), le faucardage (à réaliser une fois par an) et le curage des boues (à réaliser tous les dix à vingt ans). Dans les entretiens courants, on retrouve les manœuvres des vannes et les contrôles des pompes à réaliser deux fois par semaine, le nettoyage du dégrilleur, l’inspection générale des filtres et le contrôle des mauvaises herbes à effectuer une fois par semaine. L’herbe doit être tondue sur les abords de la station avec des outils de jardinage environ six fois par an. Il faut également inspecter et nettoyer les réseaux de distribution sur les filtres des premiers et seconds étages ainsi que nettoyer les regards de collecte deux fois par ans. Le faucardage, c’est-à-dire la coupe annuelle et l’enlèvement des tiges des roseaux sur les filtres verticaux, ne change pas les performances épuratoires mais doit être néanmoins pratiqué. En effet, le faucardage est réalisé pour éviter d’encombrer le dessus du filtre avec des tiges et des feuilles qui réduiraient le volume disponible pour les boues et donc le laps de temps entre deux curages. Les boues du premier étage vertical doivent être évacuées tous les dix à vingt ans. Leur siccité varie entre vingt à trente pour cent, c’est-à-dire du même ordre de grandeur que les équipements sophistiqués des grosses stations. Les boues extraites sont majoritairement destinées à l’épandage agricole. En effet, les boues de filtres plantés se prêtent bien à l’épandage agricole, notamment en raison des siccités élevées qui rendent leur manipulation facilitée et la réduction des volumes transportés. Les milieux aquatiques y gagnent doublement du fait de la réduction d’engrais chimiques. Figure 32 : Boues extraite d’un filtre planté de roseaux Source : www.sint.fr
  • 55. 53 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.5- Les impacts de la station d’épuration a- Impacts sur le paysage Dans un premier temps, nous devons noter que la station consommera des espaces agricoles. En effet la station (qui présente une surface de 1 272 m² soit 7,5 m² par EH) sera construite sur zone d’agriculture raisonnée. La surface de la station est plus importante que celle prévue initialement du fait de la réalisation du fossé de dissipation qui consomme beaucoup d’espace. L’impact sur le paysage est minime du fait qu’une station à filtre plantée de roseaux est comparable à une zone humide et qu’il y a très peu d’ouvrage en béton sur la station. b- Impacts sur le milieu récepteur Pour déterminer les impacts sur le milieu récepteur, il faut dans un premier temps calculer le rapport de dilution. Ce rapport de dilution se définit en comparant le débit d’étiage de référence de la rivière (Qréf. Rivière), généralement le QMNA, et le débit moyen de temps sec du rejet de la station. Rapport de dilution = Qréf. Rivière / Qréf.rejet Le QMNA de la rivière est de 3,6 m3 /s, soit 12 960 m3 /h. La station, d’une capacité de 170 EH, peut rejeter au maximum en fonctionnement normale 25,5 m3 /j, soit 1,1 m3 /h. Rapport de dilution = 12 960 / 1,1 Rapport de dilution = 11 781 Le rapport de dilution est donc très favorable, les impacts sur le milieu récepteur seront donc extrêmement faibles. L’autoépuration suffira à éliminer les pollutions restantes apportées par les rejets de la station.
  • 56. 54 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 1.6- Acteurs intervenants sur la réalisation de la station de traitement des eaux usées On retrouve de nombreux acteurs dans la réalisation d’une station d’épuration, notamment : - Le maître d’ouvrage, qui est l’initiateur et le propriétaire du projet. Au niveau de la commune de Bagneaux, le maître d’ouvrage est le Maire et le conseil municipal. - Le maître d’œuvre, qui conçoit le projet selon les directives du maître d’ouvrage. - Le constructeur, qui réalise sur la base des plans et spécifications du maître d’œuvre. - L’agence de l’eau Seine-Normandie, qui apporte une aide technique et financière aux personnes publiques et privées qui réalisent des opérations de lutte contre la pollution. - Le conseil général, qui apporte également une aide financière aux collectivités. - Le préfet et la police de l’eau, qui sont chargé de la gestion de qualité des eaux superficielles. - Et le Satese (Service d’assistance technique et d’étude aux stations d’épuration), qui conseille gratuitement les collectivités dans la mise en place des stations d’épuration. Un résumé des acteurs et de leurs rôles dans la conception des stations de traitement des eaux usées, est présenté dans la figure ci-dessous :
  • 57. 55 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Figure 33 : Résumé des acteurs intervenant dans la réalisation d’une station d’épuration. Source : MISE de La Lorraine
  • 58. 56 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2 – Étude financière 2.1- Coût approximatif du projet Le coût de réalisation comprend le coût de la station, les frais financiers (intérêts des emprunts), fonciers (l’achat des terrains), d’études et de maîtrise d’œuvre. D’après l’ouvrage Le filtre planté de roseaux d’André PAULUS, une station à filtre plantée de roseaux coûte entre 300 et 500 €/EH. Or, pour les petites stations d’épuration, le ratio €/EH est beaucoup plus élevé. En effet, il existe des prix fixes, indépendants de la taille de la station. Par exemple, la préparation du chantier, le portail d’entrée et le chemin d’accès, le local technique et les appareils de mesure et de prélèvement coûteront moins chers s’ils sont répartis sur 2 000 EH que sur 100 EH. Selon l’entreprise Jean-Voisin, une station à filtre plantée de roseaux de 150 EH coûte environ 130 000 €, soit 867 €/EH. Donc, la station d’épuration de Bagneaux, d’une capacité de 170 Eh couterait environ 170 * 867 = 143 390 €. 2.2- Subventions envisageables Des subventions sont accordées par l’agence de l’eau Seine-Normandie et également par le conseil général de l’Yonne. L’agence de l’eau subventionne 40 % et avance 20 % du prix pour la création d’ouvrage collectif de traitement. Le conseil général apporte une aide financière, mais le taux de la subvention est différent dans chaque département et n’est pas fixe dans le temps. Dans l’étude du zonage d’assainissement réalisé en 2013, le conseil de l’Yonne prévoyait de subventionner 5 % du projet d’assainissement de la commune. Mais ce taux a peut-être été modifié à ce jour. Le tableau suivant présente le coût total de la station, ainsi que les subventions et/ou avances que l’Agence de l’eau et le Conseil général peuvent attribuer :
  • 59. 57 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Montant approximatif de la station (€) Subvention de l'Agence de l'eau (€) Avance de l'Agence de l'eau (€) Subvention du Conseil général (€) Coût restant à prendre en charge par la commune (€) % 100 40 20 5 35 € 143 390 57 356 28 678 7170 50 186 Tableau 8 : Coût de la station et subventions envisageable 2.3- Coût approximatif de l’entretien Le coût de l’entretien d’une station à filtre plantée de roseaux englobe beaucoup de chose : la main d’œuvre d’exploitation courante, le remplacement des pièces d’usure et des équipements électromécaniques (tous les dix ans environ pour les pompe, les vannes, les dégrilleurs …), le faucardage annuel des roseaux, le curage des boues et le nettoyage des espaces libres etc… Le tableau suivant nous montre les différents coûts d’exploitation approximatifs d’une station à filtre plantée de roseaux : Prix (€/EH/an) Prix (en € pour 170 EH et par an) Visites, entretien courant 2 340 Entretien général 0,5 85 Petites réparations, pièces d'usure 0,5 85 Remplacements, renouvellements 2 340 Consommation énergétique 1 170 Faucardage 3 510 Curage des boues 1 170 Total 10 1700 Tableau 9 : Coût approximatif de l’entretien de la station L’exploitation de la station, étant très simple, peut être réalisée en régie directe. En effet, les tâches d’exploitation sont à la portée d’ouvriers communaux. Mais il faut prévoir une formation du personnel et des manuels d’exploitation aussi claires que possible.
  • 60. 58 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel 2.4- Les impacts sur la facture d’eau La réalisation de la station à filtre plantée provoquera un coût supplémentaire du m3 d’eau. En effet, les habitations raccordées au réseau d’assainissement collectif devront payer une redevance assainissement pour prendre en charge le coût d’entretien du réseau d’assainissement et de la station à filtre plantée de roseaux. Selon l’étude de zonage d’assainissement de la commune, la redevance d’assainissement serait de 3,92 €/m3 . Soit pour une consommation de 97 m3 /an (la consommation moyenne sur la commune de Bagneaux), 380 €/an. Mais nous pouvons également estimer le prix que demande uniquement l’entretien de la station d’épuration. L’estimation de ce prix est présentée dans le tableau ci-dessous : Prix de l'entretien de la station (€/an) 1 700 Nombre d'habitation raccordé 64 Consommation moyenne par habitation (m3/an) 97 Consommation moyenne de l'ensemble des habitations raccordées (m3/an) 6208 Prix de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé (€) 0,274 Prix de l'entretien de la station par habitation (€/an) 27 Tableau 10 : Estimation du prix de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé
  • 61. 59 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Conclusion Ce projet présenté ici a permis de présenter les solutions possibles pour le traitement des eaux usées de la commune de Bagneaux et a aboutis sur le fait que la station à filtre plantée de roseaux est le meilleur moyen de traitement des eaux usées pour la commune et pour la protection des milieux aquatiques. En effet, malgré les contraintes du site, comme le risque d’inondation, les filtres plantés de roseaux permettront de gérer les eaux de la commune tout en ayant un coût d’entretien et un impact sur le milieu aquatique très faible. De plus, la station d’épuration, étant dimensionnée pour le développement futur de la population du bourg, ne sera pas un frein au développement local et économique futur de la commune. Bien sûr, il appartiendra aux élus de la commune de Bagneaux de choisir la méthode des filtres plantés de roseaux avec deux étages verticaux en série suivit d’un fossé de dissipation pour le traitement des eaux usées ou de choisir une autre méthode possible pour le traitement de leurs eaux usées.
  • 62. 60 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Bibliographie Ouvrages imprimés : PAULUS, André. Le filtre planté de roseaux : Le versant vert de l’épuration des eaux usées. Barcelone : Just-Colour, 2011. 235 pages. Rouergue. COSTE, Christian, LOUDET Maurice. L'assainissement en milieu urbain ou rural : Tome 2, l'épuration et les traitements. Paris : Éditions du Moniteur, 1987. 271 pages. Direction de l’eau. Évaluation des impacts des stations d’épuration et de leur réseau de collecte : Eléments techniques. Lyon, Certu, 2003. 130 pages. GRAINDORGE, Joël. La loi sur l’eau et les milieux aquatiques décryptée. Voiron : territorial éditions, 2007. 118 pages. Ouvrages électroniques : SATESE, agence régional pour l’environnement Provences Alpes Côte d’azur. Guide technique pour la réalisation de station d’épuration par filtres plantés de roseaux. Imprimerie Brémond, 2006. [17/04/2015]. http://www.arpe- paca.org/environnement/la-realisation-de-stations-d-epuration-par-filtres- plantes-de-roseaux_i1060.html. BOUTIN Catherine. Les zones de rejets végétalisées : Éléments pour une meilleure conception. ONEMA, 2013. [25/04/2015]. http://epnac.irstea.fr/wp- content/uploads/2015/03/Synthese_ZRV-diffuse.pdf. Sites web consultés : Agence de l’Eau Seine-Normandie [06/03/2015]. www.eau-seine-normandie.fr. Évaluation des Procédés Nouveaux d’Assainissement des petites et moyennes Collectivités [09/03/2015]. http://epnac.irstea.fr/. Entreprise Jean-Voisin [09/03/2015]. http://www.jean-voisin.fr/. Legifrance [07/04/2015]. http://www.legifrance.gouv.fr/
  • 63. 61 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Géoportail [15/01/2015]. http://www.geoportail.gouv.fr/ I.N.S.E.E [15/01/2015]. http://www.insee.fr/ Météo France [06/03/2015]. http://www.meteofrance.com/ Vigicrue [06/03/2015]. http://www.vigicrues.gouv.fr/ Cartes topographiques [08/03/2015]. http://fr-fr.topographic-map.com/ Banque Hydro [29/04/2015]. http://www.hydro.eaufrance.fr/ DREAL de bourgogne [29/04/2015]. http://www.bourgogne.developpement- durable.gouv.fr/ ONEMA [29/04/2015]. http://www.onema.fr/ Centre de ressource et d’informations techniques [15/04/2015]. http://www.crit.archi.fr/ Site de l’eau en seine et marne [13/04/2015]. http://eau.seine-et-marne.fr/ Administration de la gestion de l’eau [13/04/2015]. http://www.eau.public.lu/ Le journal du monde rural [02/04/2015]. http://www.sillon38.com/ GUIDEnR HQE [24/03/2015]. http://www.hqe.guidenr.fr/ Entreprise Alistep [22/03/2015]. http://www.alistep.com/ Société aquitaine de traitement des eaux [15/02/2015]. http://www.sate- epuration.fr/ Société d’ingénierie nature et technique [17/02/2015]. http://www.sint.fr/
  • 64. 62 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Index des sigles A.A.P.P.M.A : Association Agrée de Pêche et de Protection du Milieu Aquatique D.B.O5 : Demande Biologique en Oxygène à cinq jours D.C.O : Demande Chimique en Oxygène EH : Équivalent-Habitant FeCl3 : Chlorure Ferrique I.B.D : Indice Biologique Diatomées I.B.G.N : Indice Biologique Global Normalisé I.N.S.E.E : Institut National de la Statistique et des Études Économiques I.P.R : Indice Poisson Rivière L.E.M.A : Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques M.A : Matière Azotée M.A.P : Matière Phosphorée M.E.S : Matières En Suspension M.O.O.X : Matière Organique Oxydable M.S : Matières Sèches N.G.L : Azote global N.K.T : Azote Kjeldahl N.O3 - : Nitrate P.LU : Plan Local d’Urbanisme P.L.U.i : Plan Local d’Urbanisme intercommunal P.O.S : Plan d’Occupation des Sols Pt : Phosphore totale Q.M.N.A : Débit mensuel Minimal de chaque Année civile S.a.t.e.s.e : Service d’assistance technique à l’exploitation des stations d’épuration
  • 65. 63 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel S.C.O.T : Schéma de Cohérence Territoriale S.I.A.I.V.V : Syndicat Intercommunal d’Assainissement et d’Irrigation de la Vallée de la Vanne et de ses affluents
  • 66. 64 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Annexes Annexe 1 : Liste des figures Annexe 2 : Liste des tableaux Annexe 3 : Glossaire Annexe 4 : Plan masse de la station à filtre plantée de roseaux Annexe 5 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux
  • 67. 65 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Liste des figures Figure 1 : Localisation de la commune de Bagneaux……………………...….6 Figure 2 : Communauté de Commune de la Vanne et du Pays d’Othe………..7 Figure 3 : Évolution de la population de Bagneaux et estimations…………....8 Figure 4 : Zonage du PLU de Bagneaux au niveau du bourg……………….10 Figure 5 : Périmètre de protection rapprochée sur la commune de Bagneaux……………………………………………………………………..12 Figure 6 : Zonage d’assainissement collectif……………………………...…13 Figure 7 : Données météorologiques sur la commune de Bagneaux……………………………………………………………..…...….15 Figure 8 : Plan des zones inondables de la Vanne…………………………...16 Figure 9 : Altitude sur la commune de Bagneaux…………………………....17 Figure 10 : Type de paysage sur le bourg de Bagneaux…………………..….18 Figure 11 : Moyenne des débits mensuels de la Vanne……………………...19 Figure 12 : Principe de fonctionnement d’une station à lagunage…………..24 Figure 13 : Exemple de lagunage naturel………………………………..…..24 Figure 14 : Principe de fonctionnement d’une station par boue activée…….25 Figure 15 : Exemple de station par boue activée………………………..……25 Figure 16 : Principe de fonctionnement d’une station à disque biologique…26 Figure 17 : Exemple de station à disque biologique……………………...…..26 Figure 18 : Principe de fonctionnement d’une station à filtre plantée de roseaux…………………………………………………………..……………27 Figure 19 : Exemple de filtre planté de roseaux……………………………...27 Figure 20 : Principe de fonctionnement d’une station à lit bactérien………..28 Figure 21 : Exemple de station à lit bactérie………………………………....28 Figure 22 : Graphique des domaines conseillés et possibles pour le traitement des eaux usées…………………………..………………...………38 Figure 23 : Exemple de dégrillage manuel……………………………...….41
  • 68. 66 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Figure 24 : Schéma de principe de la distribution primaire………………….42 Figure 25 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement vertical…....44 Figure 26 : Schéma de principe d’un filtre planté à écoulement horizontal…45 Figure 27 : Exemple de Canal Venturi……………………………………….46 Figure 28 : Exemple de fossé de dissipation………………………………….46 Figure 29 : Emplacement possible de la future station de traitement des eaux usées…………………………………………………………………………..48 Figure 30 : Plan masse de la station de traitement des eaux usées…………..50 Figure 31 : Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux…………..….51 Figure 32 : Boues extraites d’un filtre planté de roseaux…………………..52 Figure 33 : Résumé des acteurs intervenant dans la réalisation d’une station d’épuration……………………………………………………………………55
  • 69. 67 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Liste des tableaux Tableau 1 : Types de logement à Bagneaux......................................................9 Tableau 2 : Paramètres chimiques et biologiques de La Vanne ....................20 Tableau 3 : Estimation de la population du bourg en 2065 ...........................30 Tableau 4 : Caractéristiques de l'eau à traiter par la future station..............31 Tableau 5 : Annexe 1 de l'Arrêté du 22 juin 2007..........................................32 Tableau 6 : Comparaison des différents types d’épuration des eaux usées...35 Tableau 7 : Comparaison des différentes méthodes d’épuration et attribution d’une note à chaque type .................................................................................37 Tableau 8 : Coût de la station et subventions envisageable ...........................57 Tableau 9 : Coût approximatif de l’entretien de la station.............................57 Tableau 10 : Estimation du prix de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé .........................................................................................................58
  • 70. 68 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Glossaire Aérobie : se dit d’un organisme qui utilise pour son métabolisme l’oxygène dissous dans l’eau ou dans l’air. Agriculture raisonnée : L’agriculture raisonnée est un système de production agricole dont l’objectif premier est d’optimiser le résultat économique en maitrisant les quantités d’intrants, et notamment les substances chimiques utilisées dans le but de limiter leur impact sur l’environnement. Autoépuration : Désigne l'ensemble des processus biologiques, chimiques et physiques permettant à un sol ou à un écosystème aquatique équilibré de transformer ou d'éliminer les substances qui lui sont apportées, de manière définitive ou temporaire. Azote global (NGL) : NKT + nitrite + nitrate Azote total Kjeldahl (NKT) : Azote organique + ammonium Biomasse : la matière vivante présente sous différentes formes dans un milieu donné. Boues activées : procédé intensif de traitement des eaux usées basé sur la digestion des polluants par des bactéries libres conditionnées sons forme de « boues » et « activées » par aération et stimulation artificielle. Chimiotrophes : Un organisme chimiotrophe produit des molécules organiques par oxydation de substances minérales par voie de chimiosynthèse. Curage : opération consistant à enlever les boues d’un filtre planté. DBO5 : quantité d’oxygène nécessaire aux micro-organismes aérobies pour oxyder en cinq jours les matières organiques dissoutes ou en suspension dans l’eau, exprimée en mg d’oxygène/l. DCO : quantité d’oxygène consommée par les processus d’oxydation non biologique pendant un laps de temps déterminé, exprimée en mg d’oxygène/l. Dénitrification : transformation microbienne du nitrate en azote gazeux. E.H : unité de mesure de charge polluante correspondant à la pollution des eaux d’égout générée par un habitant moyen dans des conditions moyennes de climat et d’alimentation.
  • 71. 69 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Eutrophisation : fertilisation importante d’une eau, généralement sous l’effet d’apports importants en éléments nutritifs, azote et phosphore ; elle provoque une prolifération végétale qui déséquilibre le milieu. Faucardage : coupe de la végétation aquatique. I.N.S.E.E : Organisme public français chargé de relever les prospectives en matière de démographie et d’économie. M.E.S : matières non dissoutes contenues dans une eau. Les M.E.S des eaux de surface réduisent la luminosité, donc la photosynthèse, donc la productivité du milieu par manque d’oxygène. Nitrification : Processus d’oxydation, grâce à des bactéries, de l’azote organique en nitrites, puis en nitrates. Onema : Organisme public chargé au niveau national de la gestion de qualité des eaux superficielles. Pt : orthophosphates + phosphore organique QMNA : Le QMNA est le plus petit débit attendu statistiquement dans un cours d’eau, en moyenne mensuelle, avec une fréquence donnée, indiquée par le chiffre qui suit l’expression QMNA. Régime hydrologique : résume l'ensemble des caractéristiques hydrologiques et des modes de variation d’une rivière. Il se définit par les variations moyennes des débits d’une rivière en fonction du temps. Rendement épuratoire : rapport pollution en sortie de station / pollution en entrée de station. Réseau séparatif : réseau d’assainissement caractérisé par une séparation des eaux usées et des eaux pluviales. Satese : organisme rattaché généralement au conseil général et assurant une mission de conseil aux petites collectivités. Siccité : teneur en matières sèches d’une boue d’épuration. Zone sensible : les zones sensibles à l’eutrophisation sont des secteurs géographiques caractérisés par une tendance des milieux aquatiques à l’eutrophisation. Fossé de dissipation : ouvrage de traitement complémentaire ou de finition intercalé entre le traitement proprement dit et le point de rejet au milieu récepteur en vue de « dissiper » ou « naturaliser » les eaux traitées.
  • 72. 70 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Plan masse de la station à filtre plantée de roseaux
  • 73. 71 Conception d’une station de traitement des eaux usées dans une commune rurale CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015 Tuteur : BACCHI Michel Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux