2015PIND Chevalier Gary(1)

Analyse, choix et réalisation de la méthode la l a plus appropriée à la commune et aux milieux aquatiques

CHEVALIER, Gary GAE3 – 2014 – 2015

Tuteur : BACCHI, Michel







Conception d’une station de traitement des ea ux usées dans une commune rurale

Avertissement Avertisseme nt 

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 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 i ngénieur pour l’aménagement.



Le PIND est un exercice qui doit permettre de problématiser un sujet en s’appuyant s’appuyant sur des des recherches recherches bibliographiques, d’élaborer un diagnostic orienté et d’émettre des propositions.

1 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.




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




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’as sainissement autonome aux normes. A ce jour, le plan du future réseau d’assainissent collectif a été réalisé mais aucun travaux n’a encore été engagé s. 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 ? 4 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015






1 – Présentation de la commune de Bagneaux.

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 km 2. La rivière La Vanne coule au sud de la commune.

Troyes Sens

Yonne

Bagneaux

Figure 1 : Localisation de la commune de Bagneaux Source : Géoportail




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 »




La figure suivante montre l’évolution de la population de Bagneaux de 1962 à 2012.

Figure 3 : Évolutions de la population de Bagneaux et estimations Source : I.N.S.E.E

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 com mune, 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 : 8 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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.

Afin de connaitre les perspectives de développement au cœur de la commune, il est nécessaire d’étudier les documents d’urb anisme 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.




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.




2- La gestion de l’eau au sein de la commune.

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 m 3 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/m 3.

-

Lutte contre la pollution : 0.4 € HT/m3.

-

Préservation des ressources en eau : 0.0814 € HT/m 3.

-

TVA : 5,5 %

Soit, pour une facture de 97 m 3/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 e aux 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 :




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.

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 :




Emplacement possible de la future S.T.E.P

Figure 6 : Zonage d'assainissement collectif Source : Étude du zonage d’assainissement

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.

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.




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 pr incipal 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 riv ières. 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.




3- Les contraintes du site.

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 : Normales annuelles de la station de Troyes 250

50 40

200 30

) h ( t n150 e m e l l i e l l 100 o s n E

20 10

C ° T

0 -10

50 -20 0

-30

Mois

Figure 7 : Données météorologiques sur la commune de Bagneaux Source : Météo-France




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).

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 :

Figure 8 : Plan des zones inondables de La Vanne Source : PLU 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. 16 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 cidessous :

127 m

116 m

Limite de la zone inondable

111 m 106 m

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.

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. 17 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 Pa sa e de zone humide et de forêt Pa sa e a ricole Pa sa e de zone urbanisée

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.




Les débits de La Vanne ont été observés sur une période de 53 ans à Pontsur-Vanne, situé à 15 km en aval de Bagneaux. Les valeurs des débits moyens mensuels sont représentées sur le graphique si dessous :

Débit moyen de La Vanne (m3/s) 8 7 ) s 6 / 3 m5 ( n e y 4 o m t 3 i b é 2 D

Débit moyen (m3/s)

1 0

Mois

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 (NO 3-), les matières 19 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 MOOX MA NO3MAP IBGN IBD IPR

Classe Passable Très bon Mauvais Très bon Très bon Bon

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’eutr ophisation. 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.







1– Études des méthodes de traitement des eaux usées.

Le principe de l’épuration des eaux usées urbaines est basé, da ns 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 :

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.




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.

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 ce s 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.

Les traitements des boues permettent de réduire la siccité des boues, c’est-àdire à réduire leur teneur en eau pour, au final, réduire leur volume. Ils permettent également de les stabiliser pour éviter leur fermentation.




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.

Figure 12 : Exemple de lagunage naturel Source : http://www.crit.archi.fr/

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 c onsiste 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/




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. Figure 14 : Exemple d'une station par boues

La dégradation aérobie activées de la pollution s’effectue par Source : http://eau.seine-et-marne.fr/ 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 FeCl 3) 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/




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 semiimmergés où l’eau à traiter circule.

Figure 16 : Exemple de station à disque biologique Source : http://www.eau.public.lu/

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/




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.

Figure 18 : Exemple de filtre planté de roseaux Source : http://www.sillon38.com/

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/ 27 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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

Figure 20 : Exemple d'une station à lit bactérien Source : http://www.hqe.guidenr.fr/

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/




2 – Choix de la méthode retenue pour la commune de Bagneaux

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. 29 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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

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 DBO 5 (Demande Biologique en Oxygène en 5 jours) par habitant et par jour. 30

CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



-

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

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 DBO 5 (ou inférieure ou égale à 2 000 EH).

-

Les stations traitent une charge brute de pollution organique supérieure à 120 kg/j de DBO 5 (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. 31 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



Le traitement de l’eau usée pour les stations ayant une capacité inférieur à 2 000 EH doit, au minimum, permettre d’atteindre les rende ments 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 m 3/j et le débit de la rivière La Vanne à un débit moyen de 5,40 m 3/s et un débit d’étiage de 3,8 m 3/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.

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. 32 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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.




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 débit s 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 utilisé e en milieu rural.

ont de très bonne capacité d’épuration pour les matières organiques et ainsi un impact très faible sur le milieu récepteur. Les filtres plantés de roseaux

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. 34 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 :

Les filtres Les boues Les disques plantés de activées biologiques roseaux

Procédés

Le lagunage


Performance DBO5 et DCO

+

++

+

++

-

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

Performance NGL et Pt

Tableau 6 : Comparaison des différents types d’épuration des eaux usées 35 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



++ : 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.




Le lagunage

Note coût d'entretien (sur 5)

Note système de traitement et facilité d'exploitation (sur 5)

5

Peu de consommation d'électricité.

4

Curage des boues tous les 5 ans et tonte des abords

1

Forte consommation d'électricité et de réactif

1

Besoin de personnels qualifiés et difficulté de calcul de débit

1

Coût de construction élevé mais faible espace nécessaire

2

Faible coût mais coût d'achat des terrains élevés

Note capacité épuratoire (sur 5)

1

Développement d’algue verte et performance limitée

5

Très efficace sur tous les types de pollution urbaine

Note intégration dans le paysage (sur 2)

2

Comparable à une mare

0

Fabriqué en béton

Note coût de construction (sur 3)

Note finale (sur 20)

Les disques biologiques

Les boues activées

14

8

Les filtres plantés de roseaux


5

Peu de consommation d'électricité

3

Consommation d'électricité moyenne mais pas de réactif

5

Curage des boues tous les 10 ans et coupe annuelle des roseaux

3

Besoins de personnels qualifiés mais pas de calcul de débit

2

Coût de construction modéré et un espace nécessaire un peu plus important

2

Coût de construction modéré et faible espace nécessaire

2

Capacités d’épuration modérées

0

Fabriqué en béton

3

Consommation d'électricité moyenne mais pas de réactif

3

Besoin de personnels qualifiés mais pas de calcul de débit

2

Coût de construction modéré et faible espace nécessaire

2

Capacités d’épuration modérées.

4

Très efficace, sauf pour la pollution phosphorée

0

Fabriqué en béton

2

Comparable à une zone humide

10

18

10

Tableau 7 : Comparaison des différentes méthodes d’épuration et attribution d’une note à chaque type




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




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 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 mil ieu aquatique car elles diminuent le taux d’oxygène et f ait ait augmenter le risque d’eutrophisation. 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.







1 – Réalisation 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 secondaire

-

Le filtre secondaire

-

Les mesures en sortie

Des autres éléments sont également indispensable s tels qu’une 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.

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 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 indésirables sur sur les filtres. Le dégrillage fin est en général Figure 23 : Exemple de dégrillage privilégié afin de ne pas abimer les pompes. manuel Source : www.alistep.com 41 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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.

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 t rois 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. Filtre 1

1

Période 1 Filtre 2

Pompe 1 2

Pompe 2

Période 2 Filtre 3

3 Poste à 2 pompes

Période 3 Regard à vannes

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. 42 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 re pos.

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 43 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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.

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.




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 meilleur es 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.




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. Figure 27 : Exemple de canal Venturi Source : www.sate.epuration.fr

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. Figure 28 : Exemple de fossé de dissipation Source : www.jean-voisin.fr

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.




Le local technique permet à l’armoire électrique d’être mieux protégé e 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.

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 éloigné e 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 topogra phie, 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 :




3

2 1

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.

Site 1

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.

Site 2

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.

Site 3




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 valeur s 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.




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.

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

123456-

Arrivée des eaux usées Regard Dégrilleur manuel Poste de relevage n°1 ; 2 pompes Regard à 3 vannes 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 50 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 dysfonctio nnements 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 51 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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 outil s 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.

Figure 32 : Boues extraite d’un filtre planté de roseaux Source : www.sint.fr

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.




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 b eaucoup 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.

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 m 3/s, soit 12 960 m 3/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.




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 m ise 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 :




Figure 33 : Résumé des acteurs intervenant dans la réalisation d’une station d’épuration. Source : MISE de La Lorraine




2 – Étude financière

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 €.

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 pa s 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 :




Montant approximatif de la station (€) % €

100 143 390

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 (€)

40 20 5 57 356 28 678 7170 Tableau 8 : Coût de la station et subventions envisageable

35 50 186

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 co ûts 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 Curage des boues

3 1

510 170

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’ouvri ers communaux. Mais il faut prévoir une formation du personnel et des manuels d’exploitation aussi claires que possible.




La réalisation de la station à filtre plantée provoquera un coût supplémentaire du m 3 d’eau. En eff et, 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 €/m 3. 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 27 (€/an) Tableau 10 : Estimation du prix de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé




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.




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/wpcontent/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/ 60 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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.developpementdurable.gouv.fr/ ONEMA [29/04/2015]. http://www.onema.fr/ Centre de ressour ce http://www.crit.archi.fr/

et

d’informations

techniques

[15/04/2015].

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.sateepuration.fr/ Société d’ingénierie nature et technique [17/02/2015]. http://www.sint.fr/




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 FeCl 3 : 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 Économiq ues 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 S ols 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 62 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



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




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




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 l a 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 f onctionnement 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 fil tre 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




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 t raitement 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




Tableau 1 : Types de logement à Bagneaux ......................................................9 Tableau 2 : Paramètres chimiques et biologiques de La Vanne .................... 20 Tableau 3 : E stimation 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 appr oximatif de l’entretien de la station . ............................57 Tableau 10 : E stimation du pri x de l'entretien de la station par m3 d'eau consommé .........................................................................................................58




se dit d’un organisme qui utilise pour son métabolisme l’oxygène dissous dans l’eau ou dans l’air. Aérobie :

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. Agriculture raisonnée :

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. Autoépuration :

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.

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. DBO5 :

quantité d’oxygène consommée par les processus d’oxydation non biologique pendant un laps de temps déterminé, exprimée en mg d’oxygène/l. DCO :

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 conditio ns moyennes de climat et d’alimentation.




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. Eutrophisation :

Faucardage : coupe de la

végétation aquatique.

Organisme public français chargé de relever les prospectives en matière de démographie et d’économie. I.N.S.E.E :

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. Processus d’oxydation, grâce à des bactéries, de l’azote organique en nitrites, puis en nitrates. Nitrification :

Organisme public chargé au niveau national de la gestion de qualité des eaux superficielles. Onema :

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. 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. Régime hydrologique :

Rendement épuratoire :

rapport pollution en sortie de station / pollution en

entrée de station. réseau d’assainissement caractérisé par une séparation des eaux usées et des eaux pluviales. Réseau séparatif :

organisme rattaché généralement au conseil général et assurant une mission de conseil aux petites collectivités. Satese :

Siccité : teneur en matières sèches d’une boue d’épuration.

les zones sensibles à l’eutrophisation sont des secteurs géographiques caractérisés par une tendance des milieux aquatiques à l’eutro phisation. Zone sensible :

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. Fossé de dissipation :










Table des matières 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 1.1-

Zone géographique et administrative. ..............................................6

1.2-

Population, logements et activités économiques. ............................. 8

1.3-

Les documents d’urbanisme. .............................................................9

2- La gestion de l’eau au sein de la commune. ..............................................11 2.1-

Eaux potables. ...................................................................................11

2.2-

Eaux usées. ........................................................................................ 12

2.3-

Eaux pluviales. ..................................................................................13

2.4-

Gestion et entretien de la rivière La Vanne. .................................. 14

3- Les contraintes du site. ...............................................................................15 3.1-

Climat. ...............................................................................................15

3.2-

Risques d’inondation et topographie de la commune. ..................16

3.3-

L’occupation de l’espace. ................................................................. 17

3.4-

Qualité du milieu aquatique récepteur : La Vanne. . .....................19

Partie II : Le traitement des eaux usées pour la commune de Bagneaux .. 21 1 – Études des méthodes de traitement des eaux usées. ................................22 1.1-

Le traitement des eaux usées ...........................................................22

a- Les prétraitements et traitements primaires .................................22 b- Les traitements secondaires .............................................................23 c-

Les traitements tertiaires .................................................................23

d- Les traitements des boues ................................................................23 1.2-

Le lagunage ....................................................................................... 24 72

CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



1.3-

Les boues activées .............................................................................25

1.4-

Les disques biologiques .................................................................... 26

1.5-

Les filtres plantés de roseaux .......................................................... 27

1.6-

Les lits bactériens .............................................................................28

2 – Choix de la méthode retenue pour la commune de Bagneaux .............. 29 2.1-

Capacité de la future station de traitement des eaux usées ..........29

2.2-

Type d’effluent à traiter ................................................................... 30

2.3- Capacité d’épuration à obtenir avant le rejet dans le milieu naturel………………………………………………….…………………..31 2.4-

Comparaison des différentes méthodes ..........................................32

2.5-

Choix de la méthode retenue ...........................................................38

Partie III : La conception de la station de traitement des eaux usées ........40 1 – Réalisation d’une station à filtre planté de roseaux ...............................41 1.1-

Fonctionnement d’une station à filtre planté de roseaux .............41

a- Le dégrillage ......................................................................................41 b- Le relevage de tête et le système de distribution primaire ............42 c-

Le filtre primaire ..............................................................................43

d- Le second relevage et le système de distribution secondaire. .......44 e-

Le filtre secondaire ...........................................................................45

f-

Les mesures en sortie. .......................................................................46

g- Le fossé de dissipation. .....................................................................46 h- Le local technique et les abords. ......................................................47 1.2-

Lieu de construction ......................................................................... 47

1.3-

Plan de la future station ................................................................... 50

1.4-

Entretiens .......................................................................................... 52

1.5-

Les impacts de la station d’épuration ............................................. 53

a- Impacts sur le paysage .....................................................................53 b- Impacts sur le milieu récepteur .......................................................53 1.6- Acteurs intervenants sur la réalisation de la station de traitement des eaux usées ............................................................................................... 54 2 – Étude financière ....................................................................................56 73 CHEVALIER Gary GAE3 – 2014 – 2015



2.1-

Coût approximatif du projet ...........................................................56

2.2-

Subventions envisageables ...............................................................56

2.3-

Coût approximatif de l’entretien .................................................... 57

2.4-

Les impacts sur la facture d’eau .....................................................58

Conclusion ........................................................................................................59 Bibliographie ...................................................................................................60 Index des sigles ................................................................................................62 Annexes ............................................................................................................64 Liste des figures ...........................................................................................65 Liste des tableaux ......................................................................................... 67 Glossaire .......................................................................................................68 Plan masse de la station à filtre plantée de roseaux ................................. 70 Synoptique de la station à filtre plantée de roseaux .................................71 Table des matières ...........................................................................................72



2015PIND Chevalier Gary(1)

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