TFE_LAINE

Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de Strasbourg

Université Louis Pasteur Strasbourg

Bureau d’études Etudes et maîtrise d’œuvre de projets d’eau potable

Diagnostique de stations de traitement d’eau potable : réhabilitation de filières existantes et étude de filières à mettre en place Réhabilitation et création d’unités de traitement t raitement d’eau potable sur de petites communes des Pyrénées Orientales et de l’Aude. Dimensionnement d’une filière de reminéralisation et de déshydratation des boues.

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES 2006

Arnaud LAINE Licence professionnelle Protection de l’Environnement Spécialité Gestion des Eaux Urbaines et Rurales Promotion 2005/2006

Maître de stage : M. Laurent MIR Responsable de projets d’eau potable Tuteur à l’ENGEES : M. Christian BECK Enseignant Chercheur au SHU

Diagnostique de stations de traitement des eaux de consommation

Arnaud LAINE

Remerciements Je tiens avant tout à remercier Monsieur Hervé PLANEILLES et Monsieur Laurent MIR, gérant et associé de GAEA Ingénierie, pour m’avoir accueilli au sein de leur entreprise. Je souhaite remercier plus particulièrement mon maître de stage, M. Laurent MIR, pour avoir mis à ma disposition les moyens nécessaires à mon travail d’étude, pour m’avoir accordé une grande liberté de recherche et pour m’avoir conseillé et guidé au cors de ce stage. J’associe à mes remerciements : Bruno Bille, chargé d’études, qui par ses connaissances et sa disponibilité a su répondre à mes attentes et interrogations, mais aussi pour sa formation pratique sur le sujet de la recherche de fuites. A. B., cartographe, pour son accueil, son temps passé à répondre à mes interrogations et ses plans. Anne Rieusset, chargée d’études, qui m’a fait partager son domaine de compétence dans la réalisation des dossiers de Demande d’Utilité Publique. Jean-Bonnie Gimié, chargé d’études, pour son temps passé à répondre à mes interrogations et pour la formation au logiciel « Hydras ». Jennifer WEILAND, assistante de gestion, pour son accueil et sa disponibilité. Anne-Lise et Grégoire, Grégoire, stagiaires stagiaires pour leur soutien. soutien.

Enfin je tiens à remercier les nombreuses personnes qui ont contribués à la réalisation de ce mémoire pour leurs conseils, soutien et aide technique.

Mémoire de fin d’études ENGEES

Mai – Août 2006


Arnaud LAINE

Remerciements Je tiens avant tout à remercier Monsieur Hervé PLANEILLES et Monsieur Laurent MIR, gérant et associé de GAEA Ingénierie, pour m’avoir accueilli au sein de leur entreprise. Je souhaite remercier plus particulièrement mon maître de stage, M. Laurent MIR, pour avoir mis à ma disposition les moyens nécessaires à mon travail d’étude, pour m’avoir accordé une grande liberté de recherche et pour m’avoir conseillé et guidé au cors de ce stage. J’associe à mes remerciements : Bruno Bille, chargé d’études, qui par ses connaissances et sa disponibilité a su répondre à mes attentes et interrogations, mais aussi pour sa formation pratique sur le sujet de la recherche de fuites. A. B., cartographe, pour son accueil, son temps passé à répondre à mes interrogations et ses plans. Anne Rieusset, chargée d’études, qui m’a fait partager son domaine de compétence dans la réalisation des dossiers de Demande d’Utilité Publique. Jean-Bonnie Gimié, chargé d’études, pour son temps passé à répondre à mes interrogations et pour la formation au logiciel « Hydras ». Jennifer WEILAND, assistante de gestion, pour son accueil et sa disponibilité. Anne-Lise et Grégoire, Grégoire, stagiaires stagiaires pour leur soutien. soutien.

Enfin je tiens à remercier les nombreuses personnes qui ont contribués à la réalisation de ce mémoire pour leurs conseils, soutien et aide technique.


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Sommaire INTRODUCTION.......................................................................................................................................................1 I PRESENTATION PRESENTATION ET ORGANISATION ORGANISATION DU BUREAU D’ETUDES D’ETUDES ................................................... ................................................................ ............. 2 1°) HISTORIQUE DU GROUPE GAEA ........................................................... ...................................................................................................................... .............................................................. ... 2 2°) GAEA I NGENIERIE .............................................................................................................................................3 a) Implantation géographique et champs d’action..............................................................................................3 b) L’équipe en place .......................................................... ........................................................... ....................... 3 c) La maîtrise d’œuvre, les études et prestations spécifiques..............................................................................4

II LES OBJECTIFS OBJECTIFS DU STAGE ET ET LE DEROULEMENT DEROULEMENT DE L’ETUDE ..................................................... ... 4 1°) LE CONTEXTE DU STAGE .....................................................................................................................................4 2°) PRESENTATION DE LA PROBLEMATIQUE A RESOUDRE .........................................................................................5

III DIAGNOSTIQUE DE L’ANCIENNE STATION D’OLETTE ET DIMENSIONNEMENT DE LA NOUVELLE .......................................................... ........................................................... ........................................... 5 1°) GESTION DE L’EAU SUR LA COMMUNE.................................................................................................................5 2°) LA RESSOURCE EN EAU........................................................................................................................................6 3°) LES BESOINS EN EAU ...........................................................................................................................................6 4°) DIAGNOSTIQUE DE LA STATION...........................................................................................................................7 a) Localisation des différentes installations........................................................................................................7 b) État des installations.......................................................................................................................................7 c) Qualité des eaux mises en distribution............................................................................................................8

5°) DIMENSIONNEMENT ............................................................................................................................................9 a) Filtration ................................................... ........................................................... ........................................... 9 b) Désinfection ..................................................................................................................................................10 c) Bâche de reprise............................................................................................................................................11 d) Équipement du nouveau puit.........................................................................................................................12

6°) IMPLANTATION ET FONCTIONNENT DE LA NOUVELLE STATION .........................................................................13

IV REHABILITATION REHABILITATION DE LA STATION STATION ET DU CAPTAGE CAPTAGE D’EVOL............................................ .............. 14 1°) DIAGNOSTIQUE DE LA FILIERE EXISTANTE ET MISE EN EVIDENCE DES DEFAUTS DU CAPTAGE...........................14 2°) PRESENTATION DE LA REMISE A NIVEAU DE L’UNITE DE TRAITEMENT ..............................................................15 3°) R EHABILITATION EHABILITATION DU CAPTAGE..........................................................................................................................15

V FILIERE DE REMINERALISATION DE FORMIGUERES..........................................................................16 1°) CONTEXTE LOCAL .............................................................................................................................................16 a) Généralités....................................................................................................................................................16 b) Présentation de la future station de traitement.............................................................................................17

2°) PRESENTATION D’UNE ETAPE DE REMINERALISATION .......................................................................................17


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Diagnostique de stations de traitement des eaux de consommation Arnaud LAINE a) Pourquoi reminéraliser une eau ?.................................................................................................................17 b) La place de la reminéralisation dans une filière complète............................................................................18 c) Choix du type de reminéralisation à mettre en place sur la future station de traitement de Formiguères ... 18

3°) DIMENSIONNEMENT DE LA REMINERALISATION PAR PERCOLATION SUR FILTRE A NEUTRALITE........................19 a) Calcul des quantités de CO2 , et de neutralite à appliquer aux eaux de consommation de Formiguères...... 19 b) Calcul de la surface des filtres à neutralite nécessaire à la reminéralisation .............................................. 20

4°) FONCTIONNEMENT DE LA FILIERE DE REMINERALISATION ................................................................................21 a) Injection de CO2 ............................................................................................................................................21 b) Percolation sur les filtres..............................................................................................................................21

5°) COUTS D’EXPLOITATION ...................................................................................................................................22

VI MISE EN PLACE D’UNE FILIERE DE RECUPERATION DES BOUES POUR LE SIAEP DE SALSIGNE – VILLANIERE - VILLARDONNEL ...................................................... ......................................... 22 1°) PRESENTATION DU SIAEP DE SALSIGNE – VILLANIERE - VILLARDONNEL ET DU TRAITEMENT FUTUR .............22 2°) EVALUATION DE LA QUANTITE DE BOUE A TRAITER ..........................................................................................23 3°) ÉVALUATION DU VOLUME D’EAU DE CONTRELAVAGE ......................................................................................23 4°) DIMENSIONNEMENT DES LAGUNES....................................................................................................................24 a) Principe du lagunage ............................................................................................................... ..................... 24 b) Dimensionnement des lagunes .......................................................... ........................................................... . 24 c) Mise en place et exploitation.........................................................................................................................24

5°) DIMENSIONNEMENT DES LITS DE SECHAGE .......................................................................................................25 a ) Principe de la déshydratation sur lit de séchage .........................................................................................25 b) Dimensionnement des lits de séchage ......................................................... .................................................. 26 c) Mise en place et exploitation.........................................................................................................................26

6°) DIMENSIONNEMENT DU STOCKAGE TAMPON.....................................................................................................28 7°) DESTINATION DES BOUES APRES CURAGE .........................................................................................................28

CONCLUSION ..................................................... ........................................................... ......................................... 29 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................................................................30 LISTE DES TABLEAUX.........................................................................................................................................32 LISTE DES FIGURES .............................................................................................................. ............................... 33


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Liste des abréviations BET : bureau d’études DUP : déclaration d’utilité publique AEP : alimentation en eau potable DDASS : direction départementale des affaires sanitaires et sociales PPI : périmètre de protection immédiate CAG : charbon actif en grain UV : ultra violet HT : hors taxes UTN : unité touristique nouvelle TAC : titre alcalimétrique complet TH : titre hydrométrique THca : titre hydrométrique calcique MS : matières sèches MES : matières en suspension SIAEP : syndicat intercommunal d’alimentation en eau potable CSDU : centre de stockages des déchets ultimes ICPE : installations classées pour l’environnement


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Introduction L’accès à une eau dite « potable » est un droit en France. Afin d’assurer cet accès les communes se doivent de fournir à leurs abonnés une eau traitée et conforme du point de vue bactériologique et physicochimique. Les normes de mise en distribution de l’eau propre à la consommation sont draconiennes et ce sont renforcées depuis quelques années, pour éviter tout problème sanitaire vis-à-vis des consommateurs. Certaines communes sont aujourd’hui propriétaire d’installations vétustes ou ne pouvant assurer la mise en distribution d’une eau en accord avec les normes fixées par la D.D.A.S.S. (Direction Départementale des Affaires Sanitaires et Sociales). De plus l’explosion démographique de certaines régions a conduit à une surexploitation des stations de traitement devenues obsolètes en termes de capacité de traitement. La réhabilitation et/ou la création de nouvelles stations de traitement des eaux potables est alors indispensable dans ce contexte. Le bureau d’études GAEA Ingénierie, structure d’accueil de mon stage, est chargé en tant que mettre d’œuvre de proposer et dimensionner des filières de traitements des eaux de consommation adaptées aux besoins des collectivités. Ce projet de stage, concernant trois communes situées dans les Pyrénées Orientales et dans l’Aude, consiste à dimensionner pour chacune d’elles soit une filière complète de traitement des eaux, soit une étape particulière de traitement. Le principe de cette étude a été de dimensionner les unités en fonction du contexte local. Après avoir pris connaissance des différentes analyses, de la gestion de l’eau sur la commune, j’ai pu dimensionner des filières en fonctions des attentes de chaque collectivité. La finalité de cette étude se décompose en deux points. Tout d’abord elle est de proposer aux différentes collectivités des filières correspondantes à leurs souhaits. Et dans un second temps, elle est d’aborder de nouvelles filières de traitement pour le bureau d’études GAEA, notamment les filières de reminéralisation et de déshydratation des boues très peu développées par le BET et dans les deux départements concernés.


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I PRESENTATION ET ORGANISATION DU BUREAU D’ETUDES 1°) Historique du groupe GAEA Fondé en 1995, le bureau d’études GAEA ENVIRONNEMENT a été crée par trois cadres diplômés d’études supérieures de compétences différentes (hydrogéologue, spécialistes en environnement et en traitement des eaux). En 2001, GAEA ENVIRONNEMENT s’est réorganisé en cinq bureaux d’étude complémentaires pour former GAEA GROUPE. On distingue : •

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GAEA ENVIRONNEMENT spécialisé dans les études en assainissement, eau potable, hydraulique et environnement, GAEA CONSEIL spécialisé dans le domaine de l’assainissement non collectif et la maîtrise d’œuvre en assainissement, GAEA CONSULTANTS spécialisé dans le domaine de l’environnement et des études d’impact, GAEA ANALYTIC spécialisé dans le domaine de l’analyse en laboratoire, GAEA INGENIERIE spécialisé dans la maîtrise d’œuvre en eau potable, études hydrologiques et hydrogéologiques.

e l l e n n o s r e p e c r u o S

Figure 1 : Présentation de GAEA GROUPE Aujourd’hui GAEA GOUPE emploie 40 salariés contre 5 à sa création.


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2°) GAEA Ingénierie a) Implantation géographique et champs d’action Créée en 2001, la société GAEA INGENIERIE est structurée en deux antennes : une à Rivesaltes à environ 10 km au nord de Perpignan et une à Saillagouse à environ 90 km à l’ouest de Perpignan. La zone d’intervention de l’entreprise correspond principalement au département d’implantation (Pyrénées Orientales) et aux départements limitrophes (Aude et Ariège). La société effectue aussi des interventions en Corse, dans le Gers et en Espagne, allant même jusqu’en Slovaquie et Slovénie de façon ponctuelle. Cf. ANNEXE I : Champs d’action de GAEA Groupe et Ingénierie

b) L’équipe en place Au sein de ce département travaillent en collaboration 8 employés :

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M. Hervé PLANEILLES, gérant de GAEA INGENIERIE et associé du groupe. Monsieur PLANEILLES, chargé d’études, s’occupe essentiellement de la maîtrise d’œuvre en ce qui concerne les forages et les réservoirs. Il occupe également le poste d’hydrogéologue agrée mais à son propre compte. M. Laurent MIR, associé de M.PLANEILLES, chargé d’études est missionné pour la maîtrise d’œuvre dans les domaines du captage, du remplacement de réseau et du traitement des eaux de consommations. M. Bruno BILLE, chargé d’études polyvalent, responsable de la recherche de fuites et de la modélisation de réseaux. M. Maxime BRILLARD (antenne Saillagouse), chargé d’études polyvalent missionné pour la maîtrise d’œuvre dans les domaines du captage, du remplacement de réseau. Melle. Anne RIEUSSET, chargé d’études et responsable de la rédaction des dossiers de DUP. Melle. A. B., occupe le poste de cartographe et est chargée de l’élaboration de cartes typographiques, géologiques, cadastrales et de dessins techniques. M. Jean Bonnie GIMIÉ, chargé d’études, responsable de la rédaction des schémas directeur en eau potable et de la maîtrise d’œuvre en réseau. Melle Jennifer WEILAND, assistante de gestion s’occupant du secrétariat et de la gestion économique de l’entreprise.


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Figure 2 : Répartition des employés suivant leur fonction dans l’entreprise

c) La maîtrise d’œuvre, les études et prestations spécifiques GAEA Ingénierie réalise des études hydrologiques, hydrogéologiques et effectue de la maîtrise d’œuvre pour les collectivités territoriales (90% des cas) et les industriels (10% des cas). Le domaine d’activité de l’entreprise est l’alimentation en eau potable qui comprend aussi bien le traitement de l’eau que le captage de celle-ci ou le transport de celle-ci (réseaux). La société assure aussi le contrôle de la conception et de la réalisation des travaux remplissant ainsi le rôle de maître d’œuvre pour les collectivités. Le bureau d'études s'occupe également de la régularisation des captages destinés à l'alimentation humaine à travers des dossiers de DUP (déclaration d'utilité publique). Toutefois, le principal secteur d'activité de l'entreprise est le captage et le renouvellement des canalisations d'alimentation en eau potable. Les différents marchés acquis amènent donc le BET à réaliser des études : hydrogéologiques de recherches d’eau, de suivi de forage, de mise en œuvre et interprétation d’essais, sur la production et sur la distribution en eau potable, de diagnostic de recherche de fuites, d’analyse du fonctionnement effectif du réseau, de propositions d’amélioration et de programmes chiffrés des travaux. A travers ce panel de compétences en eau potable, le BET est à même de traiter complètement les projets des petites collectivités.

II LES OBJECTIFS DU STAGE ET LE DEROULEMENT DE L’ETUDE 1°) Le contexte du stage Cette mission au sein du bureau d’études GAEA Ingénierie, m’aura emmené à traiter plusieurs dossiers concernant les stations de traitement des départements des Pyrénées Orientales et de l’Aude. Les études auxquelles j’ai participé étaient déjà en cours depuis parfois près de deux ans, mais j’ai aussi pu m’investir sur d’autres plus récentes. Parmi les communes que j’ai pu traiter, trois font l’objet du présent rapport de façon à donner un aperçu du traitement de l’eau potable dans de petites collectivités. Mon travail effectué pendant ces quatre mois aura contribué au dimensionnement de différentes stations ainsi qu’à la rédaction et à l’envoie des dossiers d’autorisation relatifs à la mise en place des nouveaux traitements. Enfin m’a venu au sein de l’entreprise doit permettre d’aborder le dimensionnement d’une filière de reminéralisation et d’une filière de déshydratation des boues d’eau potable. Filières n’ayant jamais fait l’objet d’études par le BET et étant très peu utilisées dans les départements des Pyrénées Orientales et de l’Aude.


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2°) Présentation de la problématique à résoudre Les Pyrénées Orientales et l’Aude sont deux départements qui accueillent une grande quantité de petites collectivités rurales. Suite à des déficits en eau en période d’étiage ou à des défauts de qualité de leurs eaux, ces collectivités font appel à des bureaux d’études comme GAEA pour remédier à ces différents problèmes. Après la rédaction par le BET du schéma directeur en eau potable un programme de réhabilitation du réseau et de la station de traitement (le cas échéant) est mis en place. La commune D’Olette / Evol est confrontée à des problématiques non pas de déficit en eau, mais à des problèmes de qualité de celle-ci. Une vaste campagne de remplacement de canalisations usagées et de remplacement de branchements en plomb a déjà commencé et mon intervention a porté sur le dimensionnement de l’unité de traitement mal dimensionnée, mal implantée et surtout hors d’usage de part son état de dégradation avancé. Une seconde phase de l’étude a été de dimensionner la filière de reminéralisation de la future station de traitement de la commune de Formiguères. Cette intervention fait suite à la demande de la part de la collectivité d’un phasage des travaux qui permettrait d’équiper, le cas échéant, la station en cours de construction d’une étape de reminéralisation. Enfin, j’ai aussi pu me pencher sur la récupération et la déshydratation des boues des eaux de contrelavage de la future station de traitement des eaux du SIAEP de Salsigne, Villanière, Villardonnel. Le but de ces recherches étant de proposer différentes techniques de récupération adaptées aux souhaits de la collectivité et de les dimensionner.

III DIAGNOSTIQUE DE L’ANCIENNE STATION D’OLETTE ET DIMENSIONNEMENT DE LA NOUVELLE La commune d’Olette est située à environ 60 Km de Perpignan et s’étend sur une superficie de 2 895 hectares sur la rive gauche de la Têt. Outre Olette a proprement parlé, la commune possède sur son territoire le village d'Évol et son hameau de Thuir-d'Évol. Cf. ANNEXE II : Localisation des communes traitées dans le rapport

1°) Gestion de l’eau sur la commune Les villages d’Olette et d’Evol sont complètement indépendants du point de vue de leur alimentation en eau potable. En effet chaque village possède sa propre ressource, son propre réseau et sa propre unité de traitement. La gestion des réseaux et des deux unités de traitement est assurée par la régie communale composée de deux personnes, employées à temps plein. L’alimentation en eau potable du village d’Olette est assurée par une unité de traitement et deux réservoirs de 70 m 3 à partie desquels l’eau s’écoule gravitairement. Olette assure également l’alimentation de la commune de Serdinya à partir de sa propre ressource en eau. Une convention, en date du 12/10/1962, définit les conditions d’alimentation en eau potable de Serdinya depuis le réseau d’Olette. La commune d’Olette est tenue de fournir de l’eau traitée, les frais de stérilisation et autres devant être pris en compte dans le prix de vente de l’eau à la commune de Serdinya.


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Remarque : Certains résultats bactériologiques défavorables ayant été enregistrés sur la commune de Serdinya, le paiement de la distribution de l’eau n’est plus effectif depuis plusieurs années, la commune ne respectant pas les objectifs de qualité signés dans la convention.

2°) La ressource en eau Le captage de l’eau brute est réalisé par la galerie drainante du Cabrils, exploitée depuis le 7 mars 1998. Ce captage est équipé de deux pompes de refoulement fonctionnant en alternance, et qui ont une capacité de pompage estimée à 25 m 3/h chacune. La galerie drainante du Cabrils a été déclarée d’utilité publique le 25 septembre 1997. Cette DUP autorise la commune à prélever un débit ne pouvant excéder 45 m 3/h et un volume cumulé de 500 m 3/j. Les analyses effectuées sur les eaux brutes révèlent une eau de bonne qualité, cependant des pics de turbidité ont été observés lors de la fonte des neiges ou lors de fortes précipitations et une très faible conductivité montre que celle-ci est très faiblement minéralisée. Les dépassements bactériologiques sont rarissimes mais entraînent des défauts de qualité ponctuels qu’il conviendra de traiter par la mise en place d’un système de désinfection adéquat.

3°) Les besoins en eau Le village d’Olette n’accueille qu’une faible population et ne présente que peu de variations saisonnières comme le reprend le tableau suivant : ) 3 Population 0 0 2 ( r Sedentaire u e t c e r Saisonnière i d a Total m é h c Moyenne S

Actuelle

Population

Basses saison

Haute saison

308

308

Sedentaire

192

Saisonnière

500

Total

308 340

Moyenne

Future (2015) Basses saison

Haute saison

360

360 200

360

560 395

* population moyenne = population basse saison sur neuf mois et population haute saison sur trois mois

Tableau 1 : Détails de la population actuelle et estimée à l’horizon 2015 sur le village d’Olette Le schéma directeur révèle que les besoins en eau d’Olette et de Serdinya entre juillet 2002 et juillet 2003, se sont élevés en moyenne à 225 m 3/j, avec un rendement de réseau de 45%. Au regard des volumes facturés, des volumes consommés non comptés et sous comptés, on obtient un ratio de consommation de 194 l/hab/j pour Olette. En prenant ce dernier ratio, une hypothèse de rendement de réseau de 70% (minimum exigé par les Agences de l’Eau) et le pourcentage d’augmentation de consommation estival, le bureau d’études a pu estimer les variations de la consommation et de la distribution à l’horizon 2015 (voir tableau ci-après).


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Actuelle ) 3 0 Production 0 2 ( (m 3 /J ) r u e t Consommation c e r i globale (m 3 /j) d a m Rendement é h c réseau S

Future (2015)

M axim um

M inim um

M oyenne

M axim um

M oyenne

270

165

225

141

110

121.5

74.25

101.25

98.7

77

45 %

70 %

Tableau 2 : Détails de la production et de la consommation d’Olette actuelle et estimation à l’horizon 2015 A ces besoins devront être ajoutés ceux de Serdinya estimés à 63 m 3/j en pointe par le bureau d’études. Ces différentes estimations ont donc permises d’évaluer le volume de pointe à produire en 2015 à 204 m 3/j, proche de la production actuelle. Remarque : La production à l’horizon 2015 devrait être légèrement inférieure à celle actuelle (204 m 3/j en 2015 contre 225 m 3/j en 2003), cependant cette estimation ne reste valable que si la commune arrive à obtenir les 70% de rendement de réseau imposé par l’Agence de l’Eau). C’est pourquoi une vaste campagne de remplacement de secteur fuyard à d’hors et déjà commencé.

4°) Diagnostique de la station. a) Localisation des différentes installations La station de traitement actuelle des eaux d’Olette se situe sur les hauteurs de la commune et à proximité de la conduite forcée EDF. Son accès est relativement difficile et devient impossible en hiver. En effet celui-ci se fait par un chemin de terre étroit et très pentu (accès en 4X4 uniquement), qui impose le franchissement de la conduite forcée à pied. Toutes ces difficultés pour accéder à la station posent notamment des problèmes d’approvisionnement en hypochlorite de sodium, qui ne peut être conservé plus de deux mois sans altération du réactif. Les eaux du Cabrils sont captées par trois drains sous alluviaux situés dans le lit du cours d’eau. Celles-ci sont ensuite refoulées vers la station de traitement qui comprend six filtres fermés et une injection d’hypochlorite de sodium. L’eau ainsi traitée est ensuite stockée dans deux réservoirs de 70 m 3 avant d’être mise en distribution.

b) État des installations Le captage a proprement parlé est en bon état cependant M. Siegler (employé communal) a indiqué que ces drains se colmataient fréquemment et nécessitaient l’intervention d’un tractopelle à l’intérieur même du lit de la rivière pour les nettoyer. Cette pratique étant interdite, il conviendra donc de modifier le système de nettoyage du lit filtrant, ou alors d’augmenter la granulométrie des graviers. La chambre de captage, située à l’intérieur du PPI clôturé (Périmètre de Protection Immédiate), se présente sous la forme d’un bâti maçonné d’environ 2 m de hauteur avec accès Mémoire de fin d’études ENGEES

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par le haut afin de rester étanche lors d’éventuelles crues du ravin (jamais connue à ce jour). L’accès à la chambre de captage se fait par un regard de visite fermé par une plaque métallique. Un autre accès est constitué par un tampon en fonte avec une aération intégrée. A l’intérieur de cet ouvrage sont entreposées les deux pompes de refoulement immergées capable de débiter 25 m 3/h, le tout étant raccordé à un compteur de production et un robinet de prélèvement d’eau brute. Les anciennes pompes de 100 m 3/h sur dimensionnées sont toujours présentent dans ce bâti mais ne sont plus utilisées. Malgré les quelques aérations citées cidessus la condensation est très présente dans ce local, ce qui explique la détérioration rapide du matériel. Cf. ANNEXE III : Planche photographique du champ captant du Cabrils et de la chambre de captage (rapport de visite de la DDASS) Une visite sur le site de traitement a permis de constater l’état avancé de dégradation de la station dans son ensemble. Les six filtres à sable et toutes les canalisations sans exception sont corrodés à l’extrême, de nombreuses fuites sont d’ailleurs visibles. Le sable des filtres devrait être changé tous les cinq ans, toutefois cet entretien n’a jamais été réalisé par manque d’accessibilité au site. En effet, le chemin d’accès ne permet le passage d’aucun véhicule et l’acheminement de sable sur le site nécessiterait l’utilisation d’un hélicoptère. L’éloignement de la pompe doseuse par rapport au point d’injection augmente le risque de formation de dépôts et de colmatage de la canule d’injection. Le point d’injection étant à l’extérieur, il existe un risque de gel important. L’absence de chauffage et l’importante dégradation de l’isolation par des insectes et rongeurs divers ne permettent pas d’assurer des températures positives dans le local en hiver, ce qui risque d’entraîner le gel du réservoir de réactif. De plus le bac de la pompe doseuse ne possède pas d’agitateur, le mélange de l’eau de javel avec l’eau n’est donc pas homogène et le taux de chlore injecté n’est probablement pas constant. Le tout ajouté à l’absence de système d’autocontrôle de l’injection de chlore, oblige l’exploitant à venir réaliser des mesures régulières du résiduel de chlore, pour pouvoir intervenir le plus rapidement possible en cas de problème sur le système de désinfection. Seule la pompe doseuse d’hypochlorite de sodium neuve est susceptible d’être conservée pour équiper la nouvelle station. Cf. ANNEXE IV : Planche photographique de la station de traitement d’Olette (rapport de visite de la DDASS) Il ne semble donc pas judicieux de réhabiliter ce local de part sa vétusté et sa mauvaise accessibilité.

c) Qualité des eaux mises en distribution Le suivi des prélèvements effectués par la DDASS sur les unités de distribution d’Olette de 1998 à 2002, met en évidence de façon ponctuelle une non-conformité des eaux distribuées sur les plans bactériologiques et physico-chimiques. Les pourcentages de conformité étant de 86% sur les paramètres bactériologiques et sur les paramètres physico-chimiques. Cette non conformité est due au paramètre de la coloration qui a été mesuré à un t aux de 20 mg/l Pt (seuil maximum = 15 mg/l Pt) et à la présence de bactérie sulfito-réductrices, coliformes thermotolérants et entérocoques (notamment due à la présence de bovins au abord du ruisseau en amont). Ces différents dépassements mettent en évidence des lacunes au niveau de l’unité de traitement, qu’il convient donc d’améliorer.


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5°) Dimensionnement La nouvelle station de traitement n’a pas été dimensionnée sur le débit de prélèvement maximal du captage du Cabrils c'est-à-dire 45 m 3/h en pointe ou un cumul journalier de 500 m 3/j définit par la DUP. En effet ce débit paraît excessif à la vue de la consommation de pointe, il paraît donc plus judicieux de conserver le débit de traitement actuel à savoir 25 m3 /h (déterminé par le débit des pompes de refoulement). Cette base de dimensionnement permettra de créer une station capable de traiter les besoins futurs à 20 ans et plus. Le stockage sera effectué dans un nouveau réservoir de 200 m 3 dont le site d’implantation n’est pas encore défini. On supposera que celui ci sera construit à proximité de ceux déjà présent de façon à conserver une alimentation gravitaire des abonnés.

a) Filtration En raison de la variabilité de la turbidité de l’eau brute et de la présence d’eau légèrement colorée ( > 15 mg/l Pt), la mise en place de filtres bicouche avec façade en DN 100 équipée pour effectuer des cycles de contrelavage automatiques, est envisagée. Ce type de filtre fermé permettra d’assurer une filtration rapide tout en conservant une emprise au sol réduite.

Figure 3 : Schéma d’un filtre fermé En raison de possible piques de turbidité le filtre sera rempli d’un média filtrant composé d’une couche de sable et d’une couche d’anthracite pour une épaisseur totale de l’ordre 1,5 m (Office International de l’Eau, xxxx) . La partie supérieure du filtre sera remplie par le CAG et la partie inférieure sera une couche de sable de granulométrie moins importante. L’unité de filtration comportera trois filtres de 1,2 m de diamètre, pour une surface totale de filtration de 3,6 m2. Le dimensionnement de la station permettra de filtrer une production de 25 m3 /h à des vitesses de passage sur filtre d’environ 7 m/h (règle de dimensionnement du BET). Cf. NOTE DE CALCULS I : Dimensionnement de l’étape de filtration de la station de traitement d’Olette Le contrelavage serait effectué par cycles « eau/air et eau » et géré par un automate programmable. Les cycles de lavage se feront successivement sur les trois filtres, de façon à Mémoire de fin d’études ENGEES

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garder en permanence deux filtres en fonctionnements. Dans cette configuration les vitesses de passage seront de l’ordre de 10 m/h (règle de dimensionnement du BET). Pour favoriser l’étape de filtration, une unité de coagulation en tête de filtre sera mise en place. L’ajout de coagulant se fera directement dans la conduite par l’intermédiaire d’une pompe doseuse à partir d’un bac de réactif. Étant donné les faibles volumes à traiter la mise en place d’ouvrages pour assurer un contact optimal entre l’eau brute et le coagulant n’est pas nécessaire. L’avantage de l’installation d’une injection directement sur la conduite réside aussi dans le fait que le circuit de traitement restera en tout point sous pression ce qui évite tout aménagement supplémentaire. Le coagulant retenu est du WAC (polyhydroxychlorosulfates d’aluminium, [Al m(OH)n (SO4)k (Cl)3m-n-2k]), son taux de traitement étant inférieur à celui du sulfate d’aluminium et sa gamme de pH de fonctionnement étant plus étendue (6 < pH < 9). De plus même si ce réactif n’est pas le moins cher, il présente un rapport qualité/prix relativement bon (Office international de l’Eau, xxxx). L’injection pourra être asservie à un turbidimètre pour une coagulation optimale. Des essais Jar Test sur l’eau brute devront être effectués afin d’assurer une coagulation optimale sans excès, ni défaut de réactif (BAPTISTE et al., 2000). Remarque : La qualité de l’eau brute en entrée et sortie de l’unité sera contrôlée par la mise en place de deux turbidimètres en continu. Le turbidimètre en entrée aura pour seuil d’alarme une valeur de 50 NTU qui permettra par le biais d’une vanne motorisée, la fermeture provisoire de l’apport d’eau brute en provenance de la prise en rivière (au-delà de cette valeur le procédé de coagulation / filtration en tête risque de saturer et de ne plus garantir les valeurs réglementaires en sortie station). Le turbidimètre en sortie aura pour seuil d’alarme la valeur de 0,5 ou 1 NTU (valeurs recommandées par l’Agence de l’Eau). L’ensemble sera relié à un module de télésurveillance radio ou autre, chargé de relever les données mesurées et de transmettre le cas échéant les alarmes à la régie.

b) Désinfection En raison de la présence occasionnelle de germes (Entérocoques, Escherichia Colis) l’injection d’hypochlorite de sodium existante sera conservée pour assurer ainsi une désinfection de l’eau distribuée dans le réseau. La chloration sera maintenue à 0,3 mg/l comme l’impose le plan Vigipirate en place. L’injection du chlore, là encore, sera effectuée directement dans la conduite à l’aide d’une pompe doseuse et à partir d’un bac de 60 litres. Cette désinfection à l’eau de javel sera asservie au débit entrant. Le risque d’une contamination par des oocystes de cryptosporidium et de giardia est possible sur une ressource superficielle comme la prise d’eau sur la Lladure, d’autant plus que ce type de pollution bactériologique a déjà été observé. Les services de la DDASS prêtent de plus en plus d’attention à ce paramètre bactériologique et impose un traitement puissant lorsque des présomptions de présence sont découvertes. En effet ces protozoaire sont remarquablement résistants à beaucoup de désinfectants (incluant le chlore) et seuls des traitements plus puissant comme l’injecton d’ozone ou le passage sur lampe UV sont efficaces (ROSS N., 1998).

A ce titre deux générateurs U.V sont prévus après la filière de filtration, pour agir sur la faune bactériologique persistante. Chaque générateur U.V aura une capacité de traitement de 20 m 3/h (générateur BX 20 de la société WEDECO AG), permettant ainsi de traiter à eux deux un volume de 40 m 3/h, supérieur au volume de captage autorisé. Ce surdimensionnement est nécessaire, les eaux brutes connaissant des variations de turbidité et de couleur. La capacité des générateurs sera par précaution dimensionnée pour une transmittance de l’eau de 80 %. La dose de traitement appliquée sera de 40 mJ/cm2 (dose Mémoire de fin d’études ENGEES

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minimale de 25 mJ/cm 2 « circulaire du 19/01/1987 de la Direction Générale de la Santé ») et permettra un abattement de plus de 2 log (soit 99%) sur les bactéries présentes. Le choix d’une dose de traitement élevée permettra de garder une marge de sécurité face à la variabilité de la qualité de la ressource, notamment la turbidité qui influence la transmittance. adduction

distribution

e l l e génrateur UV n Fitration n o s r e préfiltre à cartouche e c r u injection coagulant injection désinfectant o S

stockage

Figure 4 : Schéma de principe de la désinfection à mettre en place N.B : Avec l’étape de filtration sur sable, l’abattement des populations de parasite pourrait alors être de 3 log (99,9%) (http://www.sanipro.it). Remarque : La filtration principale sur sable sera complétée par la mise en place de pré-filtres à poche 50 µm en amont des deux générateurs U.V (voir figure ci-dessus).

c) Bâche de reprise Deux bâches de reprise devront être mises en place, l’une pour l’eau de contrelavage des filtres et l’autres pour le refoulement vers le nouveau réservoir. Les nouvelles générations de f iltres et les nouveaux matériaux filtrants associés à une eau peu turbi de sur la commune, permettent de prendre pour hypothèse un contrelavage par filtre et par semaine.

l a n o i t a ) x n r x e t x n i x , u e a c e i f l f ’ e O ( d

Tableau 3 : Estimation des débits de contrelavage en fonction du média filtrant D’après le tableau ci-dessus on peut estimer les débits de contrelavage de chaque phase. • •

Phase 1 : Qeau1= 10 m3/h pendant une durée t 1 = 4 mn Phase 2 : Qeau2 = 25 m3/h pendant un durée t 2 = 12 mn


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Le volume d’eau de contrelavage peut donc être calculé de la façon suivante (BET Coumelongue, 2003) : V = S x (Qeau1 x t1 + Qeau2 x t2) / 60 AN : V = 1,20 x (10x4 + 25x12) / 60 = 6,8 m 3 En fonction de la durée et des différents débits de contrelavage, le volume d’eau nécessaire à cette étape de contrelavage, est évalué à 6,8 m 3. A raison d’un contrelavage par filtre et par semaine, on obtient un volume total d’eau de contrelavage de 20,4 m 3. La bâche à mettre en place aura donc un volume de 7 m 3 et recueillera les eaux prélevées entre la filtration et la chloration. La seconde bâche de reprise permettra d’alimenter le réservoir en amont, elle devra seulement permettre d’immerger les pompes de relevage (1,5 m de profondeur). C’est dans cette bâche que les pompes du puits seront installées. Remarque : Il est évident que la fréquence de contrelavage citée ci-dessus n’est qu’une hypothèse pour notre dimensionnement et que lors de pics de turbidité (épisode pluvieux, fonte des neiges…) la fréquence de contrelavage aug mentera certainement.

d) Équipement du nouveau puit Le puit dans lequel arrivent les eaux en provenance du champ captant sera conservé. C’est à partir de celui-ci que la station de traitement sera alimentée. Le seul aménagement à apporter à ce puit, est la mise en place de deux nouvelles pompes. En effet les deux présentes actuellement seront réutilisées dans la bâche de refoulement. Les pompes à mettre en place sont choisies à l’a ide du logiciel WinCAPS (version 7.5) de la société GRUNDFOS. En rentrant différents paramètres comme la hauteur de relevage, le débit voulu trois pompes sont proposées par le logiciel, comme le montre la figure ci-après.


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5 . 7 S P A C N I W l e i c i g o L

Figure 5 : Résultats du dimensionnement des pompes sous le logiciel WINCAPS 7.5 D’après les courbes de fonctionnement, c’est la pompe SP 30-1 qui a été retenue. Pour une HMT de 7 mètres cette pompe débitera 28,7 m 3/h dans sa plage de fonctionnement optimale. Pour limiter le débit d’entrée à 25 m 3/h, comme souhaité dans notre dimensionnement, on positionnera une vanne de bridage après la pompe. Le puit sera donc équipé de deux pompes de la société GRUNDFOS, qui fonctionneront en alternance. Les deux seules pompes représentent un investissement de 2 100 euros HT (GRUNDFOS, 2006).

6°) Implantation et fonctionnent de la nouvelle station Compte tenu de la difficulté d’accès de la station actuelle et vu son état de dégradation avancé, une délocalisation de celle-ci est souhaitée. La nouvelle station de traitement sera installée à proximité de la chambre de captage actuelle, de façon à faciliter son accès. La nouvelle station fonctionnera de la manière suivante : • •

• • • • •

Drainage des eaux du Cabrils Pompage des eaux du puit par une des pompes SP 30-1 → consigne de marche au niveau bas du nouveau réservoir ; consigne d’arrêt au niveau haut du réservoir, Injection de WAC → asservissement à la turbidité en entrée, Filtration sur les trois filtres bicouche, Injection de chlore → asservissement au débit en entrée, Passage dans les deux générateurs UV, Envoie des eaux de la bâche de refoulement vers le réservoir par une des deux pompes de l’ancienne filière → consigne de marche au niveau haut de la bâche de refoulement ; consigne d’arrêt au niveau bas de la bâche.


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Cf ANNEXE V : Schéma du principe de fonctionnement de la nouvelle station de traitement d’Olette

IV REHABILITATION DE LA STATION ET DU CAPTAGE D’EVOL L’unité de traitement du village d’Evol à elle aussi fait l’objet d’un diagnostique, suite au schéma directeur qui à mis en évidence une non-conformité de l’eau mise en distribution. Dans ce cas précis l’unité de traitement sera seulement remise à niveau, le plus gros de l’étude portant sur la réhabilitation du captage en lui même, qui est la source des disfonctionnements du traitement.

1°) Diagnostique de la filière existante et mise en évidence des défauts du captage. L’eau assurant l’alimentation d’Evol et de son hameau est captée dans le ravin de Pons par un captage superficiel, dont le débit autorisé par la DUP ne peut excéder 18 m3 /j. Le site de captage ne fait l’objet d’aucun aménagement particulier et la prise d’eau se fait grâce à un collecteur métallique sommaire, implanté en bordure rivière Cf. ANNEXE VI : Planche photographique du captage du ravin de Pons (rapport de la DDASS) Les eaux subissent une décantation primaire sur le site de captage avant d’être conduites vers l’unité de traitement. La conduite d’adduction et le décanteur n’étant pas protégés, lors des derniers épisodes de grands froids toute l’installation d’adduction a gelé, nécessitant l’intervention des services de la régie pour garantir l’alimentation des abonnés en eau potable. L’unité de traitement est directement accolée au réservoir de 70 m 3 dans un local d’environ 8 m2. Dans cette filière les eaux subissent une stérilisation sans préfiltration par injection d’hypochlorite de sodium avant stockage dans le réservoir et par deux lampes UV de 2 m3/h de capacité de traitement chacune. Positionnés en sortie de réservoirs ces générateurs sont, aux vues des besoins de pointe horaire possibles, sous dimensionnés tant sur le plan du débit horaire que sur le plan de la puissance. L’absence de filtration en amont des générateurs induit une mauvaise désinfection, en effet la présence de turbidité et de matières en suspension perturbe le fonctionnement des stérilisateurs. Cf. ANNEXE VII : planche photo de l’unité de traitement d’Evol (rapport de la DDASS) Remarque : Lors de la visite de l’installation le seul préfiltre « cintropur » ne possédait pas sa cartouche filtrante en raison de son colmatage quasiment immédiat même en augmentant la taille des mailles. Cette observation met bien en évidence que l’eau en entrée de station est beaucoup trop chargée et qu’une filtration sera indispensable au bon fonctionnement de la nouvelle station. Malgré un état de l’unité plutôt satisfaisant la station doit être réhabilitée de façon à fournir une eau en accord avec les normes de potabilité.


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2°) Présentation de la remise à niveau de l’unité de traitement La nouvelle unité de traitement sera implantée dans l’actuelle chambre de vannes, ce qui permettra de réutiliser le génie civil existant. Cette unité de traitement sera composée principalement : d’une étape de filtration sur sable et charbon actif associée à une coagulation, d’une double désinfection (U.V + chlore). • •

Pour cette étude le débit horaire de dimensionnement a été pris égal à la consommation de pointe simulée en 2015, dans le schéma directeur et qui s’élève à 4 m 3/h. La filtration sera réalisée par un filtre à sable fermé de 0,8 m de diamètre. Pour favoriser cette étape une injection de WAC en amont sera mise en place. L’injection d’hypochlorite de sodium sera conservée, mais les générateurs UV seront remplacés par un seul générateur d’une capacité de traitement de 10 m 3/h. La dose de traitement appliquée sera de 40 mJ/cm 2 (dose minimale de 25 mJ/cm 2 « circulaire du 19/01/1987 de la Direction Générale de la Santé ») et permettrait un abattement de plus de 2 log (soit 99%) sur les bactéries présentes comme sur la station d’Olette. Sur cette unité le principe de traitement d’Olette a été repris en tout point.

3°) Réhabilitation du captage L’unité de traitement, pour fonctionner de façon optimale, doit recevoir une eau brute la moins chargée possible. Le lit de la rivière va être aménagé sur toute sa largeur. Un seuil permettra d’assurer le débit conservé (Q MNA5 qui n’est d’ailleurs pas définit par la DUP), un nouveau collecteur permettra le captage direct de l’eau le tout étant maçonné .

A E A G e c r u o s

Figure 6 : Photo du captage avant intervention

Figure 7 : Simulation du captage après intervention

L’aménagement du captage ne permet pas de présenter une eau débarrassée des plus grosses impuretés. Un préfiltre sera donc construit aux abords du captage pour le plus gros des matières présentes dans l’eau. Un ouvrage combinant décantation et filtration sera donc mis en


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place, il se composera d’un premier étage de décantation simple et d’un second étage avec percolation sur pouzzolane (voir figure ci-dessous). Cf. ANNEXE VIII : Schéma technique de l’ouvrage de décantation et de préfiltration à mettre en place


Figure 8 : Pouzzolane L’entretient consistera en la purge de l’ouvrage et le lavage de la masse filtrante à l’aide d’un râteau. Tous ces aménagements permettront de capter les plus grosses impuretés (débris végétaux par exemple). Ainsi l’encrassement des filtres sera réduit et les fréquences de contrelavages bien moins importantes. On gagne ainsi en autonomie et en coût de fonctionnement puisque les doses de coagulant à utiliser seront diminuées. La mise en place de la station de traitement des eaux de surface du ravin de Pons représente un investissement d’un montant estimé à 45 000 € H.T, toutes dépenses confondues (réhabilitation du captage en sus, travaux d’un montant de l’ordre de 20 000 € H.T). Cf. ANNEXE IX : Devis estimatif des travaux à réaliser

V FILIERE DE REMINERALISATION DE FORMIGUERES 1°) Contexte local a) Généralités La commune de Formiguères est située à environ 90 kilomètres à l’ouest de Perpignan. Son territoire s’étend sur 4688 hectares et accueille 445 habitants en basse saison contre 3 000 en haute saison touristique. Compte tenu de l’évolution démographique, on peut évaluer la population à l’horizon 2020, à 645 habitants en basse saison et à 4 000 résidents en haute saison (évaluation effectuée dans le schéma directeur d’avril 2006). Cf. annexe X Localisation des différentes communes traitées dans le rapport La collectivité assure l’alimentation du village à partir de sept sources et d’un captage d’eaux superficielles, que la commune utilise de plus en plus régulièrement en raison des fortes consommations touristiques. Cependant aucun traitement n’est actuellement appliqué sur les eaux, hormis quelques chlorations ponctuelles au niveau des réservoirs. La variabilité de qualité des eaux de la Lladure impose aujourd’hui un traitement complet des eaux superficielles, notamment après différentes alertes de non potabilité déposées par les services de la DDASS.


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Lors du premier mois de stage et en raison de l’urgence sanitaire ma mission a été de rédiger le dossier d’autorisation de traitement à la DDASS et le dossier de demande de subvention. Suite à l’envoie de ces dossiers, une annonce de consultation des entreprises pour assurer les travaux de construction de la station a été publiée. La présente étude de reminéralisation intervient dans le cadre d’un phasage des travaux demandés par la commune. En effet cette dernière étape sera mise en place dans un second temps après les travaux de construction de la station elle même. Il est évident qu’un espace suffisant a été retenu dans le local pour pouvoir mettre cet étage de recarbonatation. Remarque : Il est important de souligner le fait que la station ne servira qu’au traitement des eaux de la Lladure et ceux pendant les périodes de pointes (3 mois/an) (arrêté préfectoral 2461/2001 de juillet 2001). En effet cette condition est définie dans la DUP et même si la création de cette station paraît peu logique, elle répond à l’urgence sanitaire.

b) Présentation de la future station de traitement La station de traitement de Formiguères reprend les mêmes installations que celle d’Olette. La seule différence réside dans le fait que cette dernière a été dimensionnée pour traiter en pointe un débit de 100 m3 /h. ce débit de dimensionnement peu paraître élevé si on le compare au 980 m 3/j de production nécessaire estimée à 2020 (simulation faite dans le schéma directeur). Mais la période de fonctionnement de la station va correspondre à la haute saison hivernale ou des consommations de pointe sont observées. Elle sera équipé d’une injection de WAC, de trois filtres bicouche (anthracite + sable) de 2,5 mètres de diamètres, d’une injection d’hypochlorite de sodium et de deux générateurs UV de 50 m3/h chacun en capacité de traitement. L’étape de reminéralisation devra donc pouvoir être inséré dans cette filière.

2°) Présentation d’une étape de reminéralisation a) Pourquoi reminéraliser une eau ? D’après DE LAAT et al. (1996), la reminéralisation des eaux n’est pas réellement un enjeu quant au caractère « potable » de celles-ci. La reminéralisation (ou recarbonatation) est une opération de modification de l’équilibre calco-carbonique des eaux. Ce traitement, relativement simple, consiste à augmenter l’alcalinité (TAC) et/ou la dureté (TH) de l’eau. Son principal but est de permettre le dépôt d’une fine couche de calcaire dans les réseaux, appelée couche de Tillmans. Celle-ci permet de réduire la corrosion dans les réseaux et d’éviter par la même occasion des phénomènes de dissolutions de métaux tels que le plomb. Cette étape permettra donc de conserver les installations de mise en distribution en bon état. Les eaux de Formiguères d’après de très nombreuses analyses effectuées par la D.D.A.S.S montrent une conductivité très largement inférieures aux références de qualité. En effet ces eaux ont une conductivité comprise entre 60 et 70 µS/cm très basse par rapport aux 200 µS/cm de la référence inférieure de qualité. Même si l’Agence de l’Eau RhôneMéditerrannée-Corse n’impose pas de limites de qualité, il est souhaitable de reminéraliser cette eau pour préserver les réseaux.


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b) La place de la reminéralisation dans une filière complète L’étape de reminéralisation peut être intercalé de trois façons dans une filière (DE LAAT et al., 1996) : En pré-reminéralisation La pré-reminéralisation (avant filtration) est plutôt à déconseiller dans la majorité des cas. En effet le pH d’une eau reminéralisée sera toujours plus élevé que sans la reminéralisation. Or un pH faible à tendance à améliorer la coagulation-floculation et à favoriser l’élimination des matières organiques. •

En inter-reminéralisation L’inter-reminéralisation peut être exceptionnellement utilisée avant une étape d’ozonation suivie d’une filtration. Dans ce cas, son objectif est de faciliter l’élimination du manganèse par ozonation. •

En post-reminéralisation La post-reminéralisation (après filtration) est le cas le plus fréquent, l’objectif étant de permettre le dépôt d’une couche protectrice de tartre dans les réseaux. L’eau doit être reminéralisée jusqu’à une valeur à de TAC et/ou TH calcique au minimum de 7 à 10 °f. •

Dans le cas de Formiguères la post-reminéralisation est celle qui semble la plus appropriée à notre problématique, c’est dons cette dernière qui a été retenue.

c) Choix du type de reminéralisation à mettre en place sur la future station de traitement de Formiguères Plusieurs choix de filières existent pour effectuer une reminéralisation, les plus couramment utilisées sont l’injection de CO 2 et de chaux et la seconde est l’injection de CO 2 et la percolation sur filtres à neutralite. Le BET a opté pour la seconde solution à savoir la variante avec percolation sur neutralite. En effet la collectivité de Formiguères ne souhaite pas mettre en place une filière trop complexe. L’équation mise en jeu est la suivante (DE LAAT et al.) : 2CO2 + H2O + CaCO3

Ca(HCO3)2

→

L’avantage de la percolation sur neutralite est une mise en place relativement simple et ne demandant aucune vérification quant aux doses appliquées (sauf l’injection de CO 2). La neutralite aussi appelée lithotamne ou maërl est le squelette calcaire d'une algue. Il est exploité en amendement des sols, en nutrition animale, en traitement des eaux et dans de nombreux domaines comme la cosmétologie, les greffes osseuses et cela depuis l'antiquité. Cette algue est exploitée par les marins bretons qui la récolte au large de l’archipel des Glénan. Une fois séchée, cette dernière est soit calibrée pour le traitement des eaux de consommation soit micronisée pour les pratiques alimentaires, agricoles et autres (http://www.letertre-solidor.com) e r t r e t e l . w m w o c . w r / o / : d p i t t l h o s


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Figure 9 : Lithotamne séché La neutralite est utilisée en couche filtrante de 1,5 mètres d’épaisseur lorsqu’elle est propre (BABINEAU et al., 2002). Au cours de la filtration, une partie du matériau est consommée et disparaît, sa solubilité étant rapide. Ce qui est intéressant avec ce procédé c’est que la réaction s’arrête d’elle-même lorsque l’eau arrive à saturation évitant ainsi tout surdosage. Il faut alors recharger le filtre lorsque la hauteur de matériau devient inférieure à 1 mètre. La neutralite peut s’utiliser sur filtre ouvert ou fermé, en fonction des débits à traiter. Le dimensionnement de ces filtres est relativement simple en effet il s’agit d’appliquer un temps de contact d’environ 10 mn (BABINEAU et al., 2002).

3°) Dimensionnement de la reminéralisation par percolation sur filtre à neutralite a) Calcul des quantités de CO2, et de neutralite à appliquer aux eaux de consommation de Formiguères •

Paramètres chimiques de l’eau


Tableau 4 : Paramètres chimiques des eaux brutes de Formiguères Remarque : Pour évaluer les quantités de réactif à utiliser pour la reminéralisation, on utilisera l’analyse effectuée en mars 2005 par les services de la D.D.A.S.S. Cf. ANNEXE X : Analyse des eaux de Formiguères L’eau analysée était un mélange des eaux de sources du Galbe et des eaux du captage superficiel sur la Lladure. La station du réservoir de Cazeilles n’étant pas encore construite aucune analyse en sortie de filtration ne peut être effectuée. Je fais donc l’hypothèse que la simple filtration bicouche et la désinfection (UV + chlore) qui seront mises en place n’auront aucune influence sur les paramètres chimiques de l’eau. L’analyse de l’eau brute actuelle semble donc correcte pour effectuer le dimensionnement.


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Diagnostique de stations de traitement des eaux de consommation •

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Méthodes de calcul

Les calculs de dimensionnement sont portés sur un reminéralisation CO 2 + matériaux alcalino-terreux (neutralite). Deux méthodes ont été utilisées pour évaluer les quantités de réactif à utiliser : → d’après le diagramme d’Hallopeau-Dubin → d’après le logiciel LPLWIN Ce choix d’appliquer plusieurs méthodes permet de valider les résultats obtenus ou au contraire de les rejeter. L’utilisation du graphique et du logiciel de simulation nous permet d’évaluer les quantités de réactif citées ci-dessous : Diagramme LPLWIN

Quantité de CO2 (mg/l) 34,20 33,64

Quantité de neutralite (mg/l) 76,00 71,28

Tableau 5 : Synthèse des quantités de réactif à utiliser La différence entre le diagramme et le logiciel est de 1,6 % sur la dose de CO 2 et de 6,2% sur la dose de CaCO 3. A la vue du faible écart obtenu par les deux méthodes, nous pouvons considérer ces résultats comme valides. Cf. NOTE DE CALCULS II : Calcul de la consommation en réactifs de la reminéralisation Nous considérerons que les eaux de Formiguères devront subir une injection de CO 2 à hauteur de 33,9 g/m 3 et un apport en matériaux alcalino-terreux de 73,6 g/m 3, valeurs qui seront retenues dans le dimensionnement.

b) Calcul de la surface des filtres à neutralite nécessaire à la reminéralisation Pour accéder à cette valeur deux données nous sont indispensables : le débit de pointe horaire à traiter et la vitesse de passage sur filtre. D’après les différentes études le débit de dimensionnement de la nouvelle station a été pris à 100 m 3/h en pointe. Il faut maintenant obtenir la vitesse de passage sur filtre qui doit vérifier la condition des 10 minutes de temps de contact minimum (DE LAAT et al.). Sachant que dans le cas le plus défavorable la neutralite aura une épaisseur de 1 mètre cette hauteur sera celle de notre dimensionnement. Au minimum il faudra donc 10 min à l’eau pour traverser le mètre de neutralite. A la vue des débits à traiter, la station devra être équipé de deux filtres de 3,5 mètres de diamètres. Les filtres devront avoir une hauteur de 3 mètres afin de pouvoir répartir 1,5 m de média filtrant, 1 m de hauteur d’eau pour tenir compte des pertes de charges et environ 50 centimètres sous le planché crépiné pour l’évacuation des eaux (DE LAAT et al.). Cf. NOTE DE CALCULS III : Calcul de la surface de percolation nécessaire et de la fréquence de réapprovisionnement des filtres


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4°) Fonctionnement de la filière de reminéralisation a) Injection de CO2 D’après les différents calculs de dimensionnement la consommation en CO 2 a été évaluée à 33,9 mg/l ou une consommation annuelle de 6,2 tonnes de CO 2. Généralement l’injection de CO 2 est effectuée selon deux méthodes, la première par une injection directe dans la canalisation et la seconde par l’intermédiaire de dômes poreux dans un tour de contact (http://ind.yara.fr). Le bureau d’études a fait le choix d’une injection directe, le débit à traiter et la durée de fonctionnement annuelle n’étant pas important. L’injection du CO 2 sera réalisée à partir d’une cuve et d’un injecteur asservi au pH de sortie de filtration.

b) Percolation sur les filtres Les filtres fermés choisis auront une injection de l’eau brute en partie supérieure. Ce choix est justifié de part les faibles volumes d’eau à traiter, pour lesquelles une percolation sur filtres ouverts n’est pas nécessaire.

eau filtrée agressive e l l e n n o s r e p e c r u o S

couche de neutralite

injection CO2 Planché crépiné eau neutralisée vers désinfection Figure 10 : schéma de principe de la percolation sur neutralite Tout comme un filtre classique les filtres à neutralite devront subir un contrelavage régulier pour les débarrasser de toute impureté et cela grâce à l’injection d’air et d’eau à contre courant. D’après les données du fournisseur, le matériau devra subir un contrelavage tous les huit jours et ce à des débits repris ci-dessous : • •

Phase 1 : Qeau1= 8 m3/h pendant une durée t 1 = 2 mn Phase 2 : Qeau2 = 20 m3/h pendant un durée t 2 = 10 mn

Le volume de contrelavage est estimé à l’aide de la formule utilisée précédemment pour la station d’Olette. On obtient donc un volume de contrelavage de V = 8,3 x (8x2 + 20x10) / 60 = 29,9 m3 qui sera le volume de notre bâche de stockage. Les eaux de contrelavage seront raccordées ; comme les eaux des autres filtres ; vers le réseau d’eaux usées du lotissement voisin, situé à quelques centaines de mètres. Le seul entretient relatif au bon fonctionnement de l’ensemble sera bien sur d’effectuer ces contrelavages réguliers mais aussi d’assurer le réapprovisionnement des filtres en neutralite de façon à ce que la hauteur maximale soit comprise entre 1,5 m et 1 m au minimum (POPOWYCZ, 2004). Ce réapprovisionnement peut s’effectuer à la main à partir de sac de 40 kg mais à la vue de la consommation importante en réactif il est indispensable de mettre en place un dispositif automatisé. Un silo avec répartiteur mécanique de neutralite sur chaque filtre sera donc installé (http://www.letertre-solidor.com). Mémoire de fin d’études ENGEES

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La station ne devant pas fonctionner en permanence, il conviendra dans les périodes de fermetures de vider les filtres de leur eau afin d’assécher l’installation et ainsi d’éviter sa dégradation.

5°) Coûts d’exploitation Le CO2 est livré par camion citerne au tarif de 500 euros la tonne, ce qui représenter un coût annuel de 3 100 euros (http://ind.yra.fr). En ce qui concerne la neutralite, le type de calcaire marin préconisé pour cette installation est le Neutralg M (granulométrie de 2 à 4 mm). Il est livré en Big-Bag à 175 euros la tonne soit un coût de 2362,5 euros (http://www.letertre-solidor.com). La commune de Formiguères devra donc disposer d’un budget annuel 5 462,5 euros et ce pour la seule consommation en réactif.

VI MISE EN PLACE D’UNE FILIERE DE RECUPERATION DES BOUES POUR LE SIAEP DE SALSIGNE – VILLANIERE - VILLARDONNEL 1°) Présentation du SIAEP de Salsigne – Villanière - Villardonnel et du traitement futur Le syndicat intercommunal d’alimentation en eau potable de Salsigne – Villanière – Villardonnel, est situé à environ 130 Km au nord ouest de Perpignan sur le département de l’Aude. Actuellement le syndicat utilise l’eau du barrage de la Prade, pour alimenter les 1 500 habitants des trois communes réunies. Malgré le fait que cette réserve d’eaux superficielles soit artificielle, elle n’en reste pas moins une ressource de bonne qualité. Le SIAEP de Salsigne-Villanière-Vilardonnel va totalement réhabiliter son unité de traitement pour l’arrivée d’une UTN (Unité Touristique Nouvelle) qui accueillera 5 000 nouveaux résidents, dont une grande partie en résidence principale. La nouvelle station de traitement a déjà été dimensionnée pour traiter un volume équivalent à la consommation future de pointe, à savoir 45 m 3 /h ou 960 m3 /j (consommation de pointe définie dans le schéma directeur de mars 2005). Cette station sera équipée de 4 filtres bicouches de 2 m de diamètre, qui lors des contrelavages vont générer des boues. C’est dans le but de récupération de celles-ci, qu’une filière boue doit être mise en place. C’est sur la commune de Villardonnel que la future station de traitement va être implantée. L’envoie des eaux de contrelavage vers la station de traitement des eaux usées n’est pas possible. Les eaux de lavages faiblement chargées en MES (comprise entre 9 et 90 kg/jour) et faiblement chargées en manganèse et en fer (30 à 125 g/j en métaux) ne sont pas soumises à autorisation mais seulement à déclaration au titre de la loi sur l’eau (décret n°2001189 du 23 février 2001, article 2, annexe 2.3.0). Toutefois il est nécessaire de les traiter avant rejet dans le milieu naturel afin de préserver la qualité du cours d'eau (recommandation de la police de l'eau). Le SIAEP et le BET ont fait le choix de procédés rustiques de déshydratation des boues. Dans ce contexte deux solutions de récupération de celles-ci, semblent plus appropriées : le lagunage et les lits de séchage. Cf. ANNEXE XI : Détermination de la filière à mettre en place


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Remarque : Les différentes méthodes abordées dans ce rapport ne traitent que de la récupération des boues et en aucun cas de leur traitement.

2°) Evaluation de la quantité de boue à traiter Les boues qui seront produites par la future station proviendront exclusivement des eaux de contrelavage des filtres, étant donné qu’aucune étape susceptible de générer des boues comme des saturateurs de chaux, des flottateurs, des épaississeurs ne sera mise en place. Pour pouvoir dimensionner ce type d’installation de déshydratation, il est important d’évaluer la quantité et le volume de boue généré par la station de traitement des eaux potables. Celle-ci n’étant pas encore construite, aucune donnée de suivie d’exploitation n’est disponible (fréquence des cycles de lavage, dose de WAC injectée etc…). C’est pourquoi le dimensionnement précis de cette filière est délicat. Là encore la mise en place de cette filière boue fera très probablement l’objet d’un phasage des travaux, ce qui permettra de dimensionner cette dernière avec des données d’exploitations. On choisira donc pour évaluer la quantité de boue d’utiliser une formule validée par le cabinet d’études Coumelongue (2003) . Cette formule, citée ci-dessous est uniquement fonction de la turbidité de l’eau brute : MS produites (g/l) = (NTU + 0,81) / 80 + (0,2 x 0,168NTU - 0,04) / 1000 Cf. NOTE DE CALCULS IV : Calcul de la quantité de boue produite par une station de traitement d’eau potable d’après l’étude inter- agence n°35 Les eaux en provenance du barrage de la Prade sont donc susceptibles de produire (après calculs) 31,3 kg de boue par jour soit un cumul à l’année d’environ 11,5 tonnes. En se fixant une concentration des boues de 30 kg/m 3, généralement observée pour les eaux de retenue peu chargées (AIRMES, CRITT CHIMIE, 1994), on arrive à un volume de boue à traiter de 382 m3 à l’année.

3°) Évaluation du volume d’eau de contrelavage En plus d’évaluer la quantité de boue que vont produire les contrelavages, il est indispensable de connaître le volume d’eau que représente un contrelavage pour la suite du dimensionnement de la filière. On procédera de la même façon que pour les eaux de contrelavage de la station d’Olette. On admettra donc que le contrelavage d’un filtre consomme 17,8 m 3 d’eau (V = 3,14 x (10x4 + 25x12) / 60 = 17,8 m 3), soit 71,2 m3 de rejet hebdomadaire (4 filtres sur la filière). C’est ce volume chargé en matières en suspension que notre filière de déshydratation des boues devra recevoir et notamment le bassin tampon dimensionné par la suite.


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4°) Dimensionnement des lagunes a) Principe du lagunage Selon AIRMES et CRITT CHIMIE (1994), ce procédé est intéressant dans les régions ayant un climat favorable, c’est à dire un ensoleillement assez important. Il consiste à stocker les boues dans un bassin creusé dans un sol imperméable. La récupération des boues se fait alors en quatre étapes : L’alimentation du bassin tampon en eau de lavage L’alimentation de la lagune L’arrêt de l’alimentation pour favoriser la décantation La récupération des boues tous les trois ans environs par curage des lagunes • • • •

Ces lagunes doivent cependant respecter certaines règles ( BABINEAU, 2002) : • • •

• •

Avoir une profondeur minimale de stockage d’au moins 1,5 m, Avoir une lame d’eau clarifiée d’eau moins 0,3 m, Les étangs doivent être munis d’ouvrages d’entrée permettant une bonne répartition des eaux de lavage et d’ouvrages de sortie afin de minimiser l’entraînement des solides et des algues dans le milieu récepteur, Les étangs doivent être situés de préférence à au moins à 150 m des habitations, Il faut aménager des fossés de dérivation des eaux de surface autour des étangs.

Lors de la conception des étangs, le concepteur doit prévoir un système pour extraire les boues. La vidange des étangs devant être effectuée lorsque les concentrations en fer, en manganèse et/ou matières en suspension dépassent les normes de rejet. Si aucun dépassement n’est avéré, la lagune doit être curée tous les 6 ans (AIRMES, CRITT CHIMIE, 1994).

b) Dimensionnement des lagunes La quantité annuelle de boue a été évaluée précédemment à 11,5 tonnes. Sachant qu’une lagune doit avoir une hauteur d’environ 2 m et qu’elle doit pouvoir stocker une production de boue de l’ordre de trois ans nous pouvons déterminer les dimensions de celle-ci (BABINEAU, 2002). Cf. ANNEXE V : Dimensionnement des lagunes du SIAEP Le bassin devra avoir pour dimensions (après calculs), une longueur de 40 m, une largeur de 20 m et une profondeur de 2 m, pour une surface de 800 m2 et un volume utile de 1 200 m3. Cependant pour faciliter l’exploitation de cet ouvrage il est indispensable de créer un second bassin qui servira de relais lors de la phase de repos de la première.

c) Mise en place et exploitation Les deux lagunes disposées en parallèle fonctionneront en alternance sur des cycles de six ans (trois ans de remplissage et trois ans de séchage) (Direction des Agences de l’Eau et du Ministère de l’Environnement,1994)


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Le bassin tampon sera vidé à un débit réglé par la vanne d’alimentation et qui ne perturbera pas la décantation. A l’injection de la lagune sera disposé un ouvrage de façon à tranquilliser l’écoulement et le rejet vers le milieu naturel sera effectué par l’intermédiaire d’une surverse, par lame déversante. rejet d’eau clarifiée surverse

rampe d’accès ouvrage de tranquilisation de l’écoulement vanne d’alimentation arrivée des eaux de contrelavage

bassin tampon

Figure 11 : Schéma technique de la mise en place de lagunes Dans la mesure ou le dimensionnement aura été correctement conduit, en respectant notamment une épaisseur de lame d’eau de 30 cm pour obtenir une bonne clarification du surnageant, l’exploitation du procédé est simple. La principale contrainte sera le curage tous les trois d’une des deux lagunes à l’aide d’un engin de travaux publics. Le climat aura bien sur des conséquences importantes sur l’exploitation. En effet, en climat humide la siccité maximale qu’il sera possible d’atteindre sera de 18% alors qu’en climat sec, celle-ci pourra atteindre 40% (AIRMES, CRITT CHIMIE, 1994). Bien que dans les deux cas de figures, le curage soit conduit en période sèche à la fin de l’été (généralement courant septembre), la prestation de curage sera plus lourde pour de boues humides Remarque : En sortie de la filière des analyses régulières des teneurs en fer, en manganèse et en MES devront être effectuées, car elles conditionneront les fréquence de curage. La mise en place de sondes ou de préleveurs est donc indispensable au suivie du rejet vers le milieu naturel (Agence de bassin Loire-Bretagne, 1980). L’effluent renvoyé vers le milieu naturel ne devra pas dépasser 20 mg/l de concentration en MES, 3 mg/l de concentration en aluminium total et 5 mg/l de concentration en fer total (http://www.carteleau.org). Les eaux issues de la filière de déshydratation des boues seront rejetées dans le cours d’eau du Russec de référence qualité 1B (assez bonne – pollution modérée).

5°) Dimensionnement des lits de séchage a ) Principe de la déshydratation sur lit de séchage Le lit de séchage s’applique comme le lagunage à des régions suffisamment ensoleillées mais cette fois sur un sol perméable (Agence de bassin Loire-Bretagne, 1980). La configuration est semblable à celle du lagunage, la grosse différence étant la profondeur des bassins qui eux ne dépassent pas 50 cm. Ils permettent d’obtenir directement, par une simple filtration sous très faible pression des siccités élevées sous réserve de bénéficier des conditions météorologiques favorables et de disposer d’une grande superficie. Mémoire de fin d’études ENGEES

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Le lit de séchage conventionnel fonctionne selon le principe suivant : les boues sont épandues sur la surface du lit en couches. Les eaux contenues dans les boues doivent être éliminées au maximum par drainage et évaporation (voir figure ci-dessous). La conception d’un lit de séchage doit tenir compte des facteurs suivants : nature des boues à déshydrater, épaisseur des couches de boues à épandre, méthodes d’enlèvement de boues et destination finale (AIRNES, BRITT CHIMIE, 1994). fentes de retrait

lit de séchage

Figure 12 : Photo d’un lit de séchage en phase de repos La configuration conventionnelle est une série de bassins rectangulaires de faible profondeur. Le fond du lit est doté d’un système de tuyauterie qui est installé dans le gravier pour le drainage de l’eau et le tout est recouvert par une couche de sable Les lits de sable doivent être conçus pour permettre un enlèvement des boues sèches manuellement ou par des équipements mécaniques comme des chargeuses frontales (BABINEAU, 2002).

b) Dimensionnement des lits de séchage Pour dimensionner la filière on se basera sur une quantité de boue par rotation (POPOWYCZ, 2004). Comme pour le lagunage, il faut créer un ou plusieurs bassins parallèles pour assurer le bon fonctionnement de la filière. Cependant le choix du nombre de lagune sera ici conditionné par le volume du stockage tampon. En effet les lits n’étant remplis qu’une fois par semaine le stockage devrait pouvoir contenir la production hebdomadaire des eaux de contrelavage. Cependant raisonner dans ce sens induirait la création d’un bassin de très grande capacité. Il est donc préférable de partir sur une base de 2 files soit 2 lits de séchage en fonctionnement et quatre au total. Cette disposition permettra de diviser le volume de la bâche par 2. Cf. ANNEXE VI : Dimensionnement des lits de séchage du SIAEP D’après les calculs de dimensionnement, la filière devra être équipé de 4 lits de séchage de 4,5 m de largeur et de 9 m de longueur soit une surface d’environ 40 m2.

c) Mise en place et exploitation La composition des lits sera la suivante si le SIAEP choisi l’option du curage manuel (BABINEAU, 2002) : • • • •

un sol compacté, une épaisseur de 2 0 cm de graviers de granulométrie comprise entre 15 et 20 mm, une épaisseur de 15 cm de granulométrie 1 mm, un géotextile pour protéger la couche drainante co ntre la migration du sable


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En revanche si le SIAEP choisi de faire intervenir des engins mécaniques, la mise en œuvre sera la suivante (http://www.carteleau.org) : • • •

•

un sol compacté avec une pente de 1% un caniveau central bétonné contenant le drain, une couche drainante de 5 cm d’épaisseur et d e granulométrie comprise entre 6 et 10 mm, une rampe d’accès ayant une pente de 12%.

Il est bien convenu que les couches de matériaux devront alors être soit réarrangées, soit remplacées après passage de l’engin. NB : Cette dernière disposition de construction a une répercussion sur l’exploitation des lits. En effet, le débit de drainage ne doit pas dépasser la valeur de 0,5 l/h/m2 afin de limiter les entraînements de matières en suspension. Ce débit sera réglé par la vanne de soutirage (AIRNESS, BRITT CHIMIE, 1994). La filière sera donc composée de 4 lits de séchage sur deux files en parallèle (voir figure cidessous). évacuation vers milieu naturel

granulométrie décroissante

vanne de soutirage vanne d’alimentation

drain

lit de séchage bassin tampon

Figure 13 : Schéma de mise en œuvre de la filière Les lits de séchage fonctionneront sur des cycles de 20 semaines, soit environ 5 mois (10 semaines de remplissage et 10 semaine de séchage) ( BABINEAU, 2002). On peut donc estimer la fréquence de curage à trois par an. Dans les régions ensoleilles avec une faible pluviométrie des valeurs de siccité de 25% sont susceptibles d’être atteintes allant même jusqu’à des valeurs de 40% dans les cas les plus favorables. En cas de conditions climatiques défavorables des couvertures pourront être envisagées sur les lits de séchage. L’obtention de bonnes valeurs de siccité permettra d’obtenir à terme des boues pelletables facile à envoyer vers une filière de traitement


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Remarque : Lors de la période hivernale, on pourra profiter du phénomène naturel de gel et dégel pour déshydrater les boues. Sous l’effet du gel, l’eau contenue dans les boues se cristallise. Au dégel, elle se libère des boues et s’évacue du lit par les drains collecteurs ( BABINEAU, 2002).

6°) Dimensionnement du stockage tampon Les deux filières présentées ci-dessous imposent la création d’un ouvrage supplémentaire pour leur alimentation. En effet les eaux issues des contrelavages ne peuvent pas être immédiatement envoyées vers la filière de déshydratation. Les débits d’alimentation des lagunes doivent être lissés et l’alimentation des lits de séchage doit se faire par bâchées à des fréquences précises. Le bassin tampon jouera donc le rôle de stockage et de contrôle des débits d’alimentation. Même si l’ouvrage est similaire dans les deux cas il ne jouera pas le même rôle. Dans le cas du lagunage le bassin permettra de lisser le débit d’alimentation en injectant les volumes de contrelavage sur une plus longue durée. Et dans le cas des lits de séchage le bassin devra jouer un rôle de stockage d’une semaine des eaux de contrelavage. Comme vue précédemment cet ouvrage jouera le rôle de bassin tampon dans un cas et de bassin de stockage dans l’autre cas, ce qui explique des bassins de taille différente. Pour le procédé par lagunage on se limitera au volume d’un seul contrelavage à savoir 18 m . Dans le cas des lits de séchage, le bassin a un rôle de stockage. La filière sera équipée de deux files de déshydratation, nous pouvons donc estimer que le bassin tampon devra stocker le volume de deux contrelavages, à savoir 36 m 3. Le bassin sera donc vidanger une fois vers chaque file soit deux fois par semaine. 3

7°) Destination des boues après curage La loi sur l’eau de juillet 1992 stipule que seuls les déchets ultimes devraient être admis en décharge. On entend par déchet ultime tout déchet non fermentescible ne pouvant faire l’objet de valorisation dans des conditions techniques et économiques acceptables. La circulaire du 11 mars 1987 relative aux ICPE (installations classées pour la protection de l’environnement) quant à elle interdit la mise en décharge des boues de siccité inférieure à 30%. Cependant à titre exceptionnel, elle peut autoriser un enfouissement des boues de siccité inférieure à 30% à condition de les mélanger aux ordures ménagères dans des proportions fixées par la circulaire. De façon courante les boues issues des deux filières présentées sont envoyées en décharge de type II ou CSDU (centre de stockage des déchets ultimes). Le département de l’Aude possède déjà un CSDU, et le site de Lassac a été retenu pour l’implantation d’un nouveau. Les boues récupérées lors du curage des lagunes pourront donc être envoyées sur ce site implanté à 12 Km de Villardonnel.


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Conclusion Ce stage de quatre mois au sein du bureau d’études GAEA INGENIERIE m’a sensibilisé au dimensionnement de filières de traitement des eaux de consommation. Les quatre études réalisées permettent de visualiser de façons détaillées les différentes contraintes liées aux filières « eau potable en général ». L’obtention d’une eau potable ne fait pas appel qu’à un simple traitement ponctuel, mais bien à une série de traitements intervenants à différents niveaux. La première étude permet de dimensionner ce que l’on pourrait appeler les bases de la potabilisation, c'est-à-dire la station de traitement conventionnelle avec ses étapes de filtrations et désinfections, pour ne citer que les grandes lignes. La seconde partie de l’étude a permis de mettre en évidence l’importance du captage des eaux brutes à travers l’ouvrage de préfiltration sur pouzzolane. Cette étape intervenant avant le traitement, conditionne complètement le bon fonctionnement de l’unité de potabilisation. La troisième partie de l’étude, s’éloigne du côté qualitatif des eaux de consommation mais intervient dans une tout autre rubrique, celle de la maintenance des réseaux d’alimentation. En effet le traitement particulier de reminéralisation par injection de CO 2 et percolation sur neutralite, n’intervient que dans un but de protection des conduites. La longévité des conduites d’alimentation étant aussi gage d’une meilleure qualité des eaux mises en distribution et d’une préservation de la ressource en évitant les gaspillages. Enfin le dernier volet de l’étude permet d’aborder deux filières de déshydratation des boues. Suite au divers traitements appliquées sur les eaux brutes, des sous produits potentiellement polluants son générés. Cette dernière étape de traitement permet donc dans ce cas de préserver la ressource. A travers cette étude une grande partie de la problématique de l’eau potable, à savoir son captage, son traitement, son transport et la préservation de la ressource d’eau brute, a été traitée. Malgré les petits moyens humains et financiers des petites collectivités des Pyrénées Orientales et de l’Aude, les différents aménagements et dimensionnements réalisés lors de cette étude montrent bien l’intérêt que porte aujourd’hui les collectivités à la ressource en eau douce.


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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES •

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AIRNESS, BRITT CHIMIE, 1994. Guide inter-agences, Traitement par procédés rustiques des boues des usines de production d’eau potable, Agences de l’eau et Ministère de l’Environnement, N°33, 128p. AGENCE DE BASSIN LOIRE-BRETAGNE, 1980. La déshydratation des boues des usines de traitement d’eau potable, 100 p. DE LAAT J., CROUE J.P, BRUNET R., 1996. Le traitement des eaux de surface pour la production d’eau potable, Agence de l’Eau Loire-Bretagne,195 p. POPOWYCZ C., 2004. Étude du traitement des boues issues de trois unités de production d’eau potable. Mémoire de fin d’études d’ingénieur ENGEES, 98 p. BAPTISTE P., ASSOULY A., 2000. Cours de traitement des eaux potables. Chapitres I à XI, 147 p. Office international de l’Eau, 2005. Exploiter les usines de production d’eau potablePerfectionnement 2ème niveau. Document du centre national de formation aux métiers de l’eau, 530 p. ST LAURENT-DONNESSE M., 2005. Bilans hydrogéologiques des forages du sud des Landes et optimisation d’une filière de traitement de l’eau souterraine, Mémoire de fin d’études Licence Professionnelle ENGEES, 70 p. GRUNDFOS, 2006. GRUNDFOS Relevage/Assainissement, Catalogue des produits, 288 p. GAEA Environnement, 2003. Schéma directeur d’alimentation en eau potable d’Olette-Evol, 42 p. ROSS N., 1998. Pathogènes et parasites dans les eaux potables et usées, Infrastructure, n°3, 4p. BET Coumelongue, 2003. Alimentation en eau potable du SIVOM de la Vallée du Carol, Avant projet, 20p. BABINEAU D., BARBEAU B., BERGEL Y., BERGERON J., BOLDUC R., BOUCHARD C., BRIERE F., BRISEBOIS P., CADORETTE J., CHIASSON R., CYR S., COULOMBE P., DEMARD H., DESJARDINS R., DI FRUSCIA T., ELLIS D., GADBOIS A., GAGNE M., GAGNON F., GRAVEL M., LAPORTE A., LARIVIERE M., LAVOIE J., LEBLANC R., LEMAY J., CORMACK R., MASSE G., MORISSETTE C., MURRAY P., MYRAND D., OUELLLET M., PAYMENT P., PICHE R., ROBERT S., THEBERGE S., THIBAULT C., THIBAULT D., TRAN T., TRINH H., VILLENEUVE R., 2002. Guide de conception des installations de production d’eau potable, Volume 1, Chapitre 4, paragraphes 1 à 5. BABINEAU D., BARBEAU B., BERGEL Y., BERGERON J., BOLDUC R., BOUCHARD C., BRIERE F., BRISEBOIS P., CADORETTE J., CHIASSON R., CYR S., COULOMBE P., DEMARD H., DESJARDINS R., DI FRUSCIA T., ELLIS D., GADBOIS A., GAGNE


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M., GAGNON F., GRAVEL M., LAPORTE A., LARIVIERE M., LAVOIE J., LEBLANC R., LEMAY J., CORMACK R., MASSE G., MORISSETTE C., MURRAY P., MYRAND D., OUELLLET M., PAYMENT P., PICHE R., ROBERT S., THEBERGE S., THIBAULT C., THIBAULT D., TRAN T., TRINH H., VILLENEUVE R., 2002. Guide de conception des installations de production d’eau potable, Volume 2, Chapitre 13, paragraphes 1 à 6.

Adresses Internet • • • • •

http://ind.yara.fr http://www.letertre-solidor.com http:// www.infrastructures.com/ http://www.sanipro.it/ http://www.carteleau.org/


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Liste des tableaux 

Tableau 1 : Détail de la population actuelle et estimée à l’horizon 2015 sur le village d’Olette

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Tableau 2 : Détail de la production et de la consommation D’Olette actuelle et estimation à l’horizon 2015



Tableau 3 : Estimation des débits de contrelavage en fonction du média filtrant

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Tableau 4 : Paramètres chimiques de l’eau brute de Formiguères

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Tableau 5 : Synthèse des quantités de réactifs à utiliser


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Liste des figures 

Figure 1 : Présentation de GAEA GROUPE



Figure 2 : Répartition des employés suivant leur fonction dans l’entr eprise



Figure 3 : Schéma d’un filtre fermé



Figure 4 : Schéma de principe de la désinfection à mettre en place



Figure 5 : Résultats du dimensionnement des pompes sous le logiciels WINCAPS 7.5



Figure 6 : Photo du captage avant intervention



Figure 7 : Simulation du captage après intervention



Figure 8 : Pouzzolane



Figure 9 : Lithotamne séché



Figure 10 : Schéma de principe de la percolation sur neutralite



Figure 11 : Schéma technique de la mise en place des lagunes



Figure 12 : Photo d’un lit de séchage en phase de repos



Figure 13 : Schéma de mise en œuvre de la filière


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NOTES de CALCULS

Table des notes de calculs TNOTE DE CALCULS I : Dimensionnement de l’étape de filtration de la station de traitement d’OletteT TNOTE DE CALCULS II : Calcul de la consommation en réactifs de la reminéralisation NOTE DE CALCULS III : Calcul de la surface de percolation nécessaire et de la fréquence de réapprovisionnement des filtres NOTE DE CALCULS IV : calcul de la quantité de boue produite par une station de traitement d’eau potable d’après l’étude inter-agence n°35 NOTE DE CALCULS V : Dimensionnement des lagunes du SIAEP NOTE DE CALCULS VI : Dimensionnement des lits de séchage du SIAEP

NOTE DE CALCULS I : Dimensionnement de l’étape de filtration de la station de traitement d’Olette Données initiales : Volume à traiter = 25 m 3/h en pointe Vitesse de passage sur filtre ≈ 7 m/h Vitesse de passage sur filtre lors d’un contrelavage ≈ 10 m/h < 15 m/h 1) Calculs en configuration normale de filtration Calcul de la surface totale de filtration nécessaire

S = Q/v AN : S= 25/7 = 3,57 m2 Calcul du diamètre de chaque filtre On souhaite mettre en place 3 filtres Volume unitaire à traiter = 25/3 = 8,3 m 3/h/filtre S = Q/v = 8,3/7 = 1,2 m2 R = (S/π) ½ = (1,2/ π) ½ = 0,62 m D = R*2 = 0,62*2 = 1,22 m

S = 1,20 m2 R = 0,62 m D = 1,22 m

Calcul de la vitesse de passage réelle sur filtre v = Q/S = 8,3/1,2 = 6,92 m/h

v = 6,92 m/h

2) Calculs en configuration de contrelavage Lors des contrelavages le débit à traiter ne passera plus sur trois filtres mais sur deux, il faut donc vérifier que les vitesses de passage n’excèdent pas 15 m/h. V unitaire à traiter = 25/2 = 12,5m3/h/filtre Calcul de la vitesse de passage sur filtre

v = 10,4 m/h

v = Q/S = 12,5/1,20 = 10,4 m/h < 15 m/h

La mise en place de trois filtres de 1,2 m de diamètres permettra donc de filtrer l’eau brute de façon efficace sans survitesses lors des cycles de contrelavage.

I

NOTE DE CALCULS II : Calcul de la consommation en réactifs de la reminéralisation

Données initiales : Q à traiter = 100 m3/h P1 [pH = 7,4 ; CO2 = 1,75 mg/l] P2 [T°C = 20 °C ; TH/TAC = 1,2] 1) Méthode I : Détermination graphique

Nouvelle droite d’équilibre

II

Calcul de la quantité de CO2 à injecter D’après le graphique d’Hallopeau-Dubin, CO2 à injecter = ∆CO2 = CO2 libre – CO2 initial AN: CO2 à injecter = CO2 P5 - CO2 P1 = 36 - 1,8 = 34,2 mg/l = 34,2 g/m3

CaO à injecter = 34,2 g/m 3

Dose de calcaire à appliquer CaCO3 à appliquer = CaCO3 P5 – CaCO3 P1 AN : CaCO3 à appliquer = 100 - 24 = 76 mg/l = 76 g/m 3

CaCO3 = 76 mg/l = 76 g/m3

La première méthode de calcul nous donne une quantité de CO2 de 34,2 g/m3 et de CaCO3 de 76 g/m3. 2) Méthode II :Détermination à l’aide du logiciel LPLWIN La simulation de la reminéralisation à l’aide du logiciel LPLWIN s’effectue en trois étapes. Etape 1 : Caractérisation de l’eau brute Met clairement en évidence le fait qu l’eau est à caractère agressive, ce qui justifie l’étape de reminéralisation.

III

Etape 2 : Adoucissement de l’eau par injection de CO2

Etape 3 : Neutralisation de l’eau par percolation sur neutralite

Lorsque l’on applique le traitement de reminéralisation les seules valeurs à renseigner sont la valeur du TAC souhaitée et le nombre de mole de notre solution de neutralisation. La neutralite est composée à 95% de CaCO 3 et à 5% de MgO on peut donc estimer la formule de la neutralite à CaCO 3 + 0,052 MgO. La seconde méthode de calcul nous donne une quantité de CO2 de 33,64 g/m3 et de CaCO3 de 71,28 g/m3.

IV

3) Calcul de la consommation annuelle des différents réactifs On gardera comme dose de réactif la moyenne des quantités obtenues par les deux méthodes de calcul à savoir, 33,9 g/m 3 pour le CO2 et 73,6 g/m3 pour le CaCO3. Consommation quotidienne de CO2 CO2quotidiennne = CO2 à injecter x Q x tps de fonctionnement AN : CO2quotidiennne = 33,9 x 100 x 20 = 67 800 g/j = 67,8 kg/j

Consommation CO2 quotidienne = 68 kg/j

Consommation quotidienne de CaCO3 AN : CaCO3 quotidien = 73,6x100x20 =147 200 g/j = 147,2 kg/j CaCO3

Consommation CaCO 3 quotidienne = 148 kg/j

Remarque : La lyonnaise des Eaux utilise la formule suivante pour déterminer à partir de la dose de CO2 appliquée la quantité de neutralite consommée (ST LAURENT DONNESSE, 2005): A = consommation en neutralite (kg/j) = (2,2 x CO2injecté x Qproduction) / 1000 AN : A = (2,2x33,9x2000)/1000 = 149,16 kg/j En utilisant cette formule j’obtient une quantité de neutralite quotidienne de 149,16 kg/j proche des 148 kg/j calculés précédemment.

Consommation annuelle La station de traitement des eaux de la Lladure ne va fonctionner que 3 mois par an et ce pendant les périodes de fortes consommations. Consommation annuelle CO 2 = 68*91 = 6 188 kg/an = 6,19 tonnes/an Consommation annuelle de calcaire = 148*91 = 13 468 kg/an = 13,47 tonnes/an

Consommation annuelle CO 2 = 6,2 tonnes/an Consommation annuelle calcaire = 13,5 tonnes/an

V

NOTE DE CALCULS III : Calcul de la surface de percolation nécessaire et de la fréquence de réapprovisionnement des filtres Données initiales : Hmax = 1,5 m Hmin = 1 m Tc = 10 mn Débit de pointe à percoler = 100 m3/h A = 148 kg/j On se fixe une hauteur de filtre de 3 m (1,5 m de neutralite, 1 de chute d’eau et 50 cm sous le planché crépiné). 1) Calcul de la vitesse de percolation Dans la configuration la plus défavorable (1 mètre de neutralite) la vitesse de passage doit être d’au moins 10 minutes. On a donc 10 mn pour 1m soit X m pour 1 heure soit 60 mn. V de percolation = X = (60x1)/10 = 6 m/h 2) Calcul de la surface de percolation nécessaire Calcul de la surface totale de filtration nécessaire

S = Q/v AN : S= 100/6 = 16,7 m2 Calcul du diamètre de chaque filtre On souhaite mettre en place 2 filtres Volume unitaire à traiter = 100/2 = 50 m 3/h/filtre S = Q/v = 50/6 = 8, 3 m 2 r = (S/π) ½ = (8,3/ π) ½ = 1,6 m D = R*2 = 1,6*2 = 3,2 m

S = 8,3 m2 R = 1,6 m D = 3,2 m

Calcul de la vitesse de passage réelle sur filtre v = Q/S = 50/ (π x r2) = 6,2 m/h

v = 6,2 m/h

3) Consommation et durée de rechargement des filtres Consommation de neutralite en cm/j par filtre B = ((A / 2) / 1,08 / 1 000 / S) x 100 AN: B = ((148/2)/1,08/1000/8,3) = 0,82 cm/j/filtre VI

Durée entre deux rechargement C = (Hmax - Hmin) / B x 100 AN: C = (1,5-1)/0,82x100 = 60,97 jours = 61 jours soit environ 2 mois de fonctionnement

VII

NOTE DE CALCULS IV : calcul de la quantité de boue produite par une station de traitement d’eau potable d’après l’étude inter-agence n°35 Données initiales : V à traiter quotidiennement = 960 m 3/j [boues] = 30 kg/m3 1°) Calcul de la quantité de boue produite Les analyses effectuées lors des cinq dernières années révèlent une turbidité moyenne de 1,8 NTU.

MS produites (g/l) = (NTU + 0,81) / 80 + (0,2 x 0,168 x NTU - 0,04) / 1 000 AN : MS = (1,8 + 0,81)/80 + (0,2 x 0,168 x 1,8 - 0,04)/1 000 = 0,03264548 g/l = 32,65 g/m3 MS quotidienne = 32,65 x 960 = 31,344 kg/j MS hebdomadaire = 31,4 x 7 = 219,8 kg/semaine MS annuelle = 219,8 x 52 = 11 430 kg/an ≈ 11,5 tonnes/an MS annuelle ≈ 11,5 tonnes/an 2°) Calcul du volume de boue produit

V boue = MS / [boues] AN : V boue hebdomadaire = 219,8 / 30 = 7,33 m3/semaine V boue annuel = 7,33 x 52 = 381,16 m3/an

V boue annuel ≈ 381,2 m3/an

VIII

NOTE DE CALCULS V : Dimensionnement des lagunes du SIAEP Données initiales : Quantité annuelle de boue à traiter = q = 11,5 tonnes Concentration des boues brutes = [C] = 30 kg/m 3 Règles respecter pour le dimensionnement des lagunes : Rapport L/l =2 H à respecter = 2m dont 1,50 m de stockage et 0,50 m de clarification Capacité de stockage de 3 ans 1°) Calcul du volume de boue à stocker

V = q / [C] AN : V = (11 500 / 30) * 3 = 1 150 m 3/an

2°) Calcul des dimensions de la lagune

V = H x L x l = H x L x ( L / 2 ) AN : L = (2 * 1150 / 1,50)^( ½ ) = 39,2 m l = (39,2/ 2) = 19,6 m Vutile = 39,2 * 19,6 * 1,50 = 1152 m3

L = 39,2 m l = 19,6 m Vutile = 1 152 m3

Pour s’assurer du bon fonctionnement du procédé de déshydratation par lagunage, il est indispensable de créer une seconde lagune en parallèle.

IX

NOTE DE CALCULS VI : Dimensionnement des lits de séchage du SIAEP Données initiales : Quantité hebdomadaire de boue à traiter = 219,8 kg/semaine Charge surfacique à appliquer = 28 kg MS/m 2 L/l = 2 H maxi = 0,5 m Nous partons sur l’hypothèse de deux files de lits de séchage soit deux lit en fonctionnement simultanés et quatre lits au total. 1°) Calcul de la surface des lits de séchage Calcul de la quantité de boue par rotation Les deux premiers lits sont remplis une fois par semaine et on réalise 10 remplissages. La masse de boue à épandre par rotation de 10 semaines est donc de :

M 10 semaines = MS hebdomadaire x 10 AN : M 10 semaines = 219,5 x 10 = 2 195 kg/rotation soit 1 097,5 kg/rotation/lit 2°) Calcul de la surface unitaire du lit de séchage

S = M 10 semaines / charge surfacique hebdomadaire AN : S = 1 097,5 / 28 = 39,2 m 2 3°) Calcul des dimensions des lagunes S=Lxl L/l = 2

l= S/2

(0,5)

AN : l = (40 / 2) (0,5) = 4,5 m L = 2 x 4,5 = 9 m

X

ANNEXES

Table des annexes ANNEXE I : Champs d’action de GAEA Groupe et Ingénierie ANNEXE II : Localisation des communes traitées dans le rapport ANNEXE III : Planche photographique du champ captant du Cabrils et de la chambre de captage annexe (rapport de visite de la DDASS) ANNEXE IV : Planche photographique de la station de traitement d’Olette (rapport de visite de la DDASS) ANNEXE V : Schéma du principe de fonctionnement de la nouvelle station de traitement d’Olette ANNEXE VI : Planche photographique du captage du ravin de Pons (rapport de la DDASS) ANNEXE VII : Planche photographique de l’unité de traitement d’Evol (rapport de la DDASS) ANNEXE VIII : Schéma technique de l’ouvrage de décantation et de préfiltration proposé ANNEXE IX : Devis estimatif des travaux à réaliser ANNEXE X : Analyse des eaux de Formiguères

ANNEXE I : Champs d’action de GAEA Groupe et Ingénierie

Légende : Champs d’action de GAEA Groupe Champs d’action de GAEA Ingénierie

I

ANNEXE II : Localisation des communes traitées dans le rapport SIARP Salsigne Villanière Villardonnel

Département de l’Aude

I G N 2 3 4 5 E C a r c a s s o n n e

Commune d’Olette Evol

I G N 2 3 4 5 E C a r c a s s o n n e

Département des Pyrénées Orientales

Commune de Formiguère I G N 2 2 4 9 E T F o n t -R o m e u / C a c i r

II

ANNEXE III : Planche photographique du champ captant du Cabrils et de la chambre de captage annexe (rapport de visite de la DDASS)

ANNEXE III : Planche photographique du champ captant du Cabrils et de la chambre de captage annexe (rapport de visite de la DDASS)

III

ANNEXE IV : Planche photographique de la station de traitement d’Olette (rapport de visite de la DDASS)

IV

ANNEXE V : Schéma du principe de fonctionnement de la nouvelle station de traitement d’Olette

Bache de 200 m3

Mise en distribution Injection de WAC asservie à la Filtres bicouches (D = 1,2 m)

Générateurs

UV

BX

20,

de

capacité de traitement 2x20 m3/h

turbidité en entrée

Préfiltre à poche (50 µm) type « cintropur »

Vers milieu naturel

Injection de chlore asservie au débit d’entrée

bâche de reprise pour les eaux de contrelavage (7m3)

Vanne motorisée asservie aux Pompes de refoulement 2x25 m 3/h

turbidimètres en entrée et en

(marche alternée), asservies au

sortie. Consigne de fermeture 50

niveau haut de la bâche de

NTU (entrée), 0,5 NTU (sortie)

Champs captant du Cabrils Pompes d’adduction BX 20 2x25 m3/h (marche alternée), asservies

refoulement

au niveau bas du réservoir

V

ANNEXE VI : Planche photographique du captage du ravin de Pons (rapport de la DDASS)

ANNEXE VI : Planche photographique du captage du ravin de Pons (rapport de la DDASS)

VI

ANNEXE VII : Planche photographique de l’unité de traitement d’Evol (rapport de la DDASS)

VII

ANNEXE VIII : Schéma technique de l’ouvrage de décantation et de préfiltration proposé

VIII

ANNEXE IX : Devis estimatif des travaux à réaliser

ANNEXE IX : Devis estimatif des travaux à réaliser

IX

X

ANNEXE X : Analyse des eaux de Formiguères

XI

XII

XIII

XIV

ANNEXE XI : Détermination de la filière de déshydratation

XV

TFE_LAINE

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