Livret secondaire (sciences et techniques

Livret secondaire (sciences et techniques
L’assainissement
des eaux usées
en agglomération
parisienne :
principes et procédés
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
LIVRET PÉDAGOGIQUE
Préambule
L’assainissement se définit comme l’ensemble des techniques de collecte, de transport et
de traitement des eaux usées permettant de rejeter des eaux épurées dans le milieu naturel.
Développer le thème de l’assainissement amène à dépasser la technique mise en œuvre, c’est
une porte d’entrée vers les thèmes de l’aménagement du territoire, de l’écologie ou encore de
l’histoire des sociétés autour de l’eau. C’est un levier pour la compréhension des interactions
entre l’Homme et les éléments de la planète. Chacun de nous est acteur de la gestion de l’eau et
agit de façon d’autant plus responsable qu’il en comprend les mécanismes.
Soucieux de participer à l’effort global de responsabilisation écologique des citoyens, notamment
des plus jeunes, et désireux de répondre aux attentes des enseignants, le SIAAP propose une
collection de livrets pédagogiques offrant une approche complète de l’assainissement : Les
livrets de La Cité de l’Eau et de l’Assainissement.
LA COLLECTION LES LIVRETS DE LA CITÉ DE L’EAU ET DE L’ASSAINISSEMENT
Après L’assainissement en région parisienne et la préservation des milieux aquatiques, livret
édité en 2009 et conçu pour les écoles élémentaires, le SIAAP propose un outil destiné aux
enseignants du secondaire de la région parisienne. Les mêmes thèmes (cycle technique de l’eau,
épuration des eaux usées, protection des milieux aquatiques) sont ici approfondis et ordonnés
selon différentes disciplines, toujours en s’appuyant sur les caractéristiques de l’Île-de-France et
du bassin de la Seine, territoires où œuvre le Syndicat.
Pour le niveau secondaire, la collection comporte quatre volumes thématiques, utilisables au
collège et au lycée :
§ Géographie :
L’assainissement, des enjeux globaux, une gestion locale
§ Histoire :
De Lutèce à l’agglomération parisienne, 2 000 ans d’assainissement
§ Sciences de la vie et de la Terre :
Les enjeux écologiques de l’assainissement en région parisienne
§ Physique-chimie, sciences de la vie et de la Terre, technologie :
L’assainissement des eaux usées en agglomération parisienne : principes et procédés
Si ces ouvrages sont destinés à être consultés par l’enseignant de la discipline étudiée, Les
livrets de La Cité de l’Eau et de l’Assainissement n’en restent pas moins l’outil d’une approche
transdisciplinaire du thème de l’assainissement. Des pastilles de couleur “Pour aller plus loin”,
intégrées dans le corps du texte, signalent à cet effet les éléments développés dans un autre
livret de la collection.
Géographie
Histoire
Sciences de la vie et de la Terre
Sciences et techniques
LE LIVRET SCIENCES ET TECHNIQUES :
L’ASSAINISSEMENT DES EAUX USÉES EN AGGLOMÉRATION PARISIENNE :
PRINCIPES ET PROCÉDÉS
POURQUOI ÉTUDIER L’ASSAINISSEMENT EN PHYSIQUE-CHIMIE, SCIENCES DE LA VIE ET
DE LA TERRE, ET TECHNOLOGIE ?
L’assainissement est le terme générique pour la gestion des eaux polluées par l’activité humaine.
Il recouvre des procédés physiques, chimiques et biologiques et des technologies variées pour
assurer la collecte, le transport et le traitement des eaux dites usées.
L’assainissement est un domaine technique et scientifique relativement récent dans l’histoire de
l’humanité. Si les plus anciens vestiges d’égouts, attribués à la civilisation de la vallée de l’Indus,
datent de plusieurs milliers d’années, les premières expérimentations d’épuration des eaux
usées datent de la fin du XIXe siècle. Les avancées scientifiques et technologiques au cours des
dernières décennies sont particulièrement saisissantes. Cette évolution rapide explique en partie
les choix techniques différents des stations d’épuration de l’agglomération parisienne, profitant
des progrès technologiques mis à disposition.
Les avancées scientifiques et technologiques ont été contraintes et accélérées par une
réglementation française et européenne de l’eau de plus en plus exigeante. La législation visait
dans un premier temps à améliorer la qualité de l’eau pour la protection de la santé humaine face
aux risques sanitaires graves liés aux eaux usées. Une fois ces risques contenus, la réglementation
sur l’eau a pris une dimension environnementale et s’est attachée à la préservation des milieux
aquatiques dans lesquels l’eau épurée par les stations d’épuration est déversée. Par conséquent,
la qualité de l’eau rejetée dans les cours d’eau s’améliore continuellement grâce à des rendements
épuratoires sans cesse en progrès.
D’autres contraintes guident les choix technologiques liés à l’assainissement : le contexte
géographique local, les moyens financiers disponibles, ainsi que les exigences sociétales.
Longtemps synonymes de nuisances, notamment olfactives, les stations d’épuration doivent
désormais répondre aux exigences des populations riveraines qui souhaitent préserver leur
cadre de vie. Le traitement des boues d’épuration, des fumées et des odeurs nécessite des
technologies tout aussi complexes que celles du traitement des eaux.
Ce livret s’attache à expliquer les mécanismes particulièrement complexes mis en œuvre dans
l’assainissement, domaine bien souvent méconnu.
Avant d’étudier les procédés d’assainissement, il est indispensable de connaître les caractéristiques
des eaux usées. La première partie de ce livret propose une description des pollutions et des
paramètres qui permettent de les mesurer.
Les procédés scientifiques sont ensuite détaillés dans les parties suivantes, ainsi que les techniques
d’épuration des eaux, des boues et des odeurs. Parallèlement, ces techniques sont exposées de
manière plus concrète à travers la présentation des équipements du SIAAP, le service public
d’assainissement de l’agglomération parisienne.
LE SIAAP, SERVICE PUBLIC DE L’ASSAINISSEMENT FRANCILIEN
Le Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne est un
établissement public qui dépollue chaque jour les eaux usées de plus de 9 millions de Franciliens,
ainsi que les eaux industrielles et pluviales de l’agglomération parisienne. Une eau propice au
développement du milieu naturel est ainsi rendue à la Seine et à la Marne.
La Cité de l’Eau et de l’Assainissement, centre de
formation et de documentation du SIAAP situé à
Colombes (92), s’est engagée, par l’intermédiaire
de son service de médiation pédagogique, dans
une démarche d’éducation au développement
durable. Sa mission est de sensibiliser les élèves
de tous niveaux aux enjeux de la préservation de
la ressource en eau et des milieux aquatiques,
et de leur enseigner les mécanismes de
l’assainissement. Elle propose également des
formations aux étudiants sur les techniques de
transport et de traitement des eaux usées.
© SIAAP
LE SIAAP EN QUELQUES CHIFFRES
• 4 départements constitutifs (Paris, Hauts-de-Seine, Seine-Saint-Denis, Val-de-Marne)
• 286 communes (sur les huit départements d’Île-de-France)
• 9 millions de Franciliens concernés par l’épuration de leurs eaux usées
• 6 stations d’épuration
• 440 km de réseaux
• 2 000 km² de territoire de collecte
• 2,5 millions de m3 d’eaux usées traitées quotidiennement, soit l’équivalent de 700 piscines
olympiques remplies chaque jour d’eaux usées.
© SIAAP
Mode d’emploi du livret
Sciences et techniques
et insertion dans
les programmes
Le corps du livret est destiné aux enseignants de physique-chimie, de sciences de la vie et de la Terre
et de technologie au collège et au lycée. L’enseignant y trouvera un contenu informatif consacré à
l’assainissement des eaux usées et aux stations d’épuration de l’agglomération parisienne. Au fil du
texte, des encadrés permettent d’approfondir certains points sur la législation (en orange), sur des aspects
techniques (en rose), relatifs au SIAAP (en violet) et sur les gestes écocitoyens liés à l’assainissement
(en bleu).
Les thèmes y sont traités de façon à reprendre une partie des programmes de ces disciplines pour les
différents niveaux. Les tableaux ci-dessous mettent en relation les sujets développés dans le livret avec
les programmes du collège : de la 5e à la 3e en physique-chimie, de la 6e et de la 3e en SVT (mais des
quatre niveaux dans le livret sur les enjeux écologiques de l’assainissement en région parisienne) et de
la 5e en technologie1.
Physique-Chimie
LE PROGRAMME
LE LIVRET
Partie
Propos
Chapitre
L’eau est omniprésente dans notre environnement. On peut décrire l’hydrosphère
et le cycle de l’eau naturel en illustrant les transferts entre les différents
compartiments. On peut également étudier le cycle domestique (ou urbain) de
l’eau, créé par l’Homme pour subvenir à ses besoins.
I. B. 1
L’eau peut contenir des gaz dissous dans l’eau (O2 et CO2).
I. B. 2
L’eau est un solvant universel qui dissout très mal les graisses. Cela est exploité
en assainissement, plus précisément à l’étape du dégraissage pendant le
prétraitement afin d’extraire les matières grasses des eaux usées.
III. A. 4
On distingue deux types de mélanges aqueux : les mélanges homogènes
(éléments dissous) et hétérogènes (matières en suspension).
Les matières en suspension sont partiellement décantables ; celles qui le sont
sont retirées lors des traitements de “décantation”.
C’est l’occasion de tracer un schéma de décantation et/ou de réaliser
un montage de décantation.
III. B.
Les matières dissoutes sont extraites lors des traitements biologiques et tertiaires.
III. C. - D.
L’air est composé principalement de deux gaz : dioxygène et diazote.
Néanmoins, d’autres molécules peuvent être présentes en quantité variable
et avoir des conséquences en termes de santé et d’odeurs.
Les stations d’épuration s’appliquent à réduire ces nuisances.
V.
5e
I
L’eau dans
notre
environnement
–
Mélanges et
corps purs
4e
I
De l’air qui
nous entoure à
la molécule
3e
I
La chimie,
science de la
transformation
de la matière
Les métaux sont utilisés dans la vie quotidienne et se retrouvent dans l’eau
(eaux usées industrielles, domestiques et pluviales, mais aussi rivières).
On trouve dans l’eau une très grande variété d’ions. L’étude des pollutions de
l’eau est l’occasion de citer les ions fréquemment nommés dans les sources
d’information, y compris dans la publicité (nitrates, phosphates, etc.).
1/ Programmes issus du Bulletin officiel n° 6 du 28 août 2008 (ministère de l’Éducation nationale).
4
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
I. B. 2.
Sciences de la vie et de la Terre
LE PROGRAMME
LE LIVRET
Partie
Propos
Chapitre
IV
Des pratiques
au service de
l’alimentation humaine
L’Homme utilise des micro-organismes et pratique certaines
transformations biologiques afin de répondre à ses besoins : pour son
alimentation (fermentation), mais aussi pour l’épuration de ses eaux usées.
V
Diversité, parentés
et unité des êtres
vivants
L’étude des micro-organismes utilisés en assainissement permet d’observer
les constituants de la cellule, unité d’organisation des êtres vivants.
6e
III. C.
3e
III
Risque infectieux
et protection de
l’organisme
IV
Responsabilité
humaine en matière
de santé et
d’environnement
Différents types de micro-organismes peuvent pénétrer dans notre
organisme (notamment des bactéries et des virus), mais ils ne sont pas
tous pathogènes. On en trouve un grand nombre dans les eaux usées
domestiques.
III. C.
Les activités humaines sont responsables de plusieurs types d’altérations des
milieux aquatiques en région parisienne. L’industrie et l’agriculture, mais aussi
les populations sont responsables de la dispersion de nombreux polluants
dans l’environnement, affectant les espèces riveraines des cours d’eau.
I. B.
La protection des milieux aquatiques est un enjeu majeur et est aujourd’hui
prise en compte par la législation. Les milieux font l’objet d’un suivi ; il
existe plusieurs indices biologiques afin de mesurer leur altération.
I. A. 1.
5
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Technologie
LE PROGRAMME
LE LIVRET
Partie
Propos
Chapitre
Différentes solutions techniques pour répondre à une même fonction de
service, l’assainissement des eaux usées :
- WC et latrines pour la collecte
- station d’épuration et assainissement non collectif pour l’assainissement.
Analyse des contraintes (fonctionnement, sécurité, développement durable)
propres à chaque solution technique.
Influence du contexte socio-économique.
Traduction sous forme de croquis (organisation et fonctions).
I. A. 1.
II. A. 1.
II
Les matériaux utilisés
Matériaux utilisés dans une station d’épuration
(fiche travaux de l’ouvrage DERU à SAV).
VI. D.
III
Les énergies mises en
œuvre
Énergies pour le fonctionnement d’une station d’épuration, notamment
énergies renouvelables produites sur place (biogaz, photovoltaïque,
récupération de chaleur, force hydraulique).
IV. B. 1.
VI. B. 2.
IV
L’évolution de l’objet
technique
Évolution de l’assainissement dans un contexte historique et socioéconomique (lien avec le livret histoire), évolution des usages et des
besoins (augmentation de la consommation d’eau, diversification des
usages, multiplication des polluants, durcissement des réglementations).
Évolution des techniques d’assainissement et des procédés d’épuration :
autoépuration naturelle, épandage, fosse avec vidanges, station
d’épuration en bassins ouverts, station d’épuration moderne, compacte et
confinée, intégrant certains critères du développement durable.
I.,
VI. B. 2.,
livret
histoire
V
La communication
et la gestion de
l’information
Réflexion sur la gestion de l’information dans une station d’épuration et
dans les réseaux d’égouts (description du logiciel Mages du SIAAP).
VI. A. 4.
VI. B. 2.
(SEG)
VI
Les processus de
réalisation d’un objet
technique
Réalisation d’une maquette de station d’épuration.
VI. C.
5e Cycle central (habitat et ouvrages)
I
L’analyse du
fonctionnement d’un
objet technique
6
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Pour le lycée, il existe une très grande diversité de programmes du fait des types de lycée (général,
technologique et professionnel), des différentes séries existantes et des options proposées. Cette
variété ne nous permet pas de présenter de manière exhaustive les relations entre les programmes et les
livrets sur l’assainissement dans un tableau comme cela est fait pour le collège. Toutefois, voici quelques
repères.
En seconde, les notions “d’espèce chimique”, de “réaction chimique” et de “solution” sont
appréhendées dans des contextes variés ; la caractérisation des pollutions de l’eau et les principes
d’épuration des eaux usées sont des supports tout à fait adaptés à leur étude. Durant cette même
année, certains enseignements d’exploration sont l’occasion de découvrir les activités professionnelles
relatives à l’assainissement : principes scientifiques et procédés industriels d’épuration de l’eau, qualité
et sécurité dans une station d’épuration, analyses de l’eau en laboratoire, conception d’équipements
répondant aux exigences du développement durable, préservation de la santé et besoin sociétal de
l’eau (Biotechnologies, Création et innovation technologiques, Méthodes et pratiques scientifiques,
Santé et social, Sciences de l’ingénieur, Sciences et laboratoire).
En première S, la partie de physique-chimie consacrée aux défis de la science au XXIe siècle aborde
le thème de la culture scientifique et technique, et ses interactions avec la société. À cette occasion, il
est préconisé d’étudier des exemples d’entreprises et de métiers de l’activité scientifique, nous vous
proposons d’approfondir la démarche scientifique d’un service public d’assainissement.
En terminale S, le programme de physique-chimie montre l’importance des activités du chimiste dans
le monde contemporain ; l’enseignement de spécialité associé à ce thème permet de travailler sur les
contrôles de qualité, notamment ceux de l’eau. Les sciences de l’ingénieur en première et terminale S
ont pour principe de base la pluridisciplinarité, concept également mis en avant dans cette collection de
livrets. Cet enseignement, ainsi que les travaux personnels encadrés, peuvent s’appuyer sur le domaine
du traitement de l’eau.
Plusieurs enseignements des séries technologiques (et leurs spécialités) sont susceptibles de s’appuyer
sur les principes et procédés de l’épuration : sciences physiques et physique appliquée de la série STI
(sciences et technologies industrielles), physique-chimie de la série STL (sciences et technologies de
laboratoire).
Les sciences de la vie et de la Terre ont également une place importante dans ce livret dans le chapitre
sur les traitements biologiques.
7
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Sommaire
PRÉAMBULE
MODE D’EMPLOI DU LIVRET SCIENCES ET TECHNIQUES, ET INSERTION
DANS LES PROGRAMMES
I. CADRE GÉNÉRAL DE L’ASSAINISSEMENT
10
A. CONTEXTE RÉGLEMENTAIRE ET GÉOGRAPHIQUE
1/ Assainissement en France
2/ Assainissement en agglomération parisienne
10
13
B. ORIGINE ET CARACTÉRISATION DES EAUX USÉES
1/ Différents types d’effluents
2/ Caractérisation des éléments polluants
14
16
II. COLLECTE ET TRANSPORT DES EAUX USÉES
21
A. CARACTÉRISTIQUES DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
1/ Deux principaux types de réseaux
2/ Principes hydrauliques
3/ Caractéristiques de fonctionnement
21
22
23
B. DESCRIPTION DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
1/ Différents modèles de canalisations
2/ Gestion des eaux par temps de pluie
24
25
III. TRAITEMENT DES EAUX USÉES
26
A. PRÉTRAITEMENTS
1/ Dégrillage
2/ Tamisage
3/ Dessablage
4/ Dégraissage
26
27
28
29
B. DÉCANTATION PRIMAIRE
1/ Décantation
2/ Décantation physico-chimique
31
33
C. TRAITEMENTS SECONDAIRES
1/ Cultures libres
2/ Cultures fixées
39
41
D. TRAITEMENTS TERTIAIRES
1/ Déphosphatation tertiaire
2/ Désinfection ultraviolet
3/ Membranes
4/ Micropolluants
44
44
45
46
8
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
IV. TRAITEMENT DES BOUES
47
A. CARACTÉRISTIQUES DES BOUES
B. DEVENIR DES BOUES
1/ Incinération et valorisation énergétique
2/ Valorisation agricole
3/ Mise en décharge
48
48
50
C. PROCÉDÉS DE TRAITEMENT DES BOUES
1/ Digestion
2/ Épaississement
3/ Conditionnement
4/ Déshydratation
5/ Stabilisation
6/ Incinération
51
51
51
51
52
52
V. TRAITEMENT DES ODEURS
59
A. CARACTÉRISTIQUES DES ODEURS EN STATION D’ÉPURATION
B. PROCÉDÉS DE DÉSODORISATION
1/ Désodorisation chimique
2/ Désodorisation physico-chimique
3/ Désodorisation biologique
4/ Désodorisation thermique
61
62
62
62
VI. ASSAINISSEMENT AU SIAAP
63
A. RÉSEAU DU SIAAP
1/ Collecteurs et émissaires
2/ Stations de pompages
3/ Ouvrages de stockage
4/ Gestion des flux
64
65
66
67
B. USINES DU SIAAP
1/ Usines de prétraitement
2/ Usines d’épuration
68
68
C. PRÉSENTATION D’UNE FILIÈRE COMPLÈTE : L’EXEMPLE DE L’USINE SEINE CENTRE
D. CONSTRUCTION D’UNE USINE DE TRAITEMENT AU SIAAP
GLOSSAIRE
81
TABLE DES ILLUSTRATIONS
85
9
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
I.
Cadre général
de l’assainissement
L’assainissement comprend l’ensemble des techniques permettant de collecter, de transporter
et de traiter les eaux usées2.
Il faut distinguer l’assainissement collectif, dans lequel des ouvrages sont mis en commun pour transporter
et traiter les eaux usées, et l’assainissement non collectif, également appelé “assainissement individuel
ou assainissement autonome”, où la collecte et le traitement sont propres à chaque habitation.
A. CONTEXTE RÉGLEMENTAIRE ET GÉOGRAPHIQUE
1/ ASSAINISSEMENT EN FRANCE
La gestion de l’eau – production et distribution d’eau potable, assainissement des eaux usées – est
une compétence des communes. Ainsi, ces dernières peuvent l’assurer elles-mêmes ou transférer
une ou plusieurs compétences à un groupement de communes (communauté de communes,
communauté d’agglomération, communauté urbaine, syndicat intercommunal pour l’eau). On
parle d’Établissement public de coopération intercommunale (EPCI). En France, il y a environ
34 000 services d’eau et d’assainissement assurant la production et la distribution d’eau potable
et/ou tout ou partie de la collecte, du transport et du traitement des eaux usées.
La commune, ou le groupement auquel elle appartient, peut de même décider d’effectuer ce service
elle-même, c’est le système dit de la “régie”. Si elle le délègue à une entreprise à capital privé ou
public, on parle alors de “délégation du service public” (concession, affermage ou régie intéressée).
Du point de vue législatif, l’assainissement des eaux usées en France est principalement régi par
deux directives européennes et les lois françaises sur l’eau (encadré ci-dessous sur les contraintes de
traitement des eaux usées dans la législation sur l’eau). Toutefois, au même titre que pour les rejets
aqueux, il existe une législation sur les rejets atmosphériques, pouvant résulter d’une incinération
(encadré sur l’incinération des boues d’épuration page 58) ou d’une désodorisation (page 61), ainsi
que sur la gestion des sous-produits de l’épuration.
Les contraintes de traitement des eaux usées dans la législation sur l’eau
Les professionnels de l’assainissement sont régulièrement confrontés à de nouvelles normes pour la
préservation de la qualité de l’eau et des milieux aquatiques, qui requièrent des investissements massifs.
> Les directives européennes constituent les principales contraintes réglementaires.
• Directive eaux résiduaires urbaines – DERU (1991)
(91/271/CEE)
La DERU a pour objectif d’empêcher la détérioration de l’environnement par le rejet des
eaux usées dans le milieu naturel. Pour cela, elle impose la collecte et le traitement des
eaux usées dans toutes les agglomérations4. De plus, la DERU demande d’identifier des
“zones sensibles” sujettes à l’eutrophisation et d’y mettre en œuvre des traitements plus
2/ Article 1er du décret du 03/06/1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées mentionnées aux articles L. 372-1-1 et L. 372-3 du Code des communes.
3/ Source : ONEMA, Office national de l’eau et des milieux aquatiques.
4/ Ensemble d’habitations raccordées à un réseau d’assainissement.
10
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
rigoureux (encadré page 37). Selon la taille de l’agglomération et la sensibilité du milieu
naturel, la directive fixe un niveau de traitement des eaux usées et des dates limites de
respect des normes (1998, 2000 et 2005).
Zone de rejet
Taille de l’agglomération
Type de traitement à mettre en place
Echéance
sensible
> 10 000 EH5
traitement biologique + azote et/ou phosphore
1998
normale
> 15 000 EH
traitement biologique
2000
toute zone
> 2 000 EH
traitement biologique
2005
toute zone
< 2 000 EH
traitement approprié
2005
La France a pris du retard dans la mise en conformité de ses stations d’épuration, et les
échéances successives n’ont pas été respectées (522 installations non conformes à la fin de
l’année 2006, dont 146 de plus de 10 000 EH). Elle a donc été durant plusieurs années sous
la menace de sanctions financières, pouvant atteindre plusieurs centaines de millions d’euros,
par l’Union européenne. Avec le lancement de deux plans nationaux de modernisation du
parc français des stations d’épuration (2007-2012 pour les plus grosses stations et 2012-2018
pour les moyennes et petites stations), la mise en conformité avec la DERU devrait s’achever
avant la fin de l’année 20136. Le plan 2012-2018 répond également aux exigences de plusieurs
autres directives fixant des objectifs de qualité des milieux ou des usages de l’eau.
(2000/60/CE)
• Directive cadre sur l’eau (DCE)
La DCE donne pour objectif d’atteindre un bon état écologique des eaux superficielles et
souterraines d’ici à 2015 et définit des projets pour la préservation et la restauration des
eaux. Entre la DERU et la DCE, la législation est passée d’une obligation de moyens à une
obligation de résultats.
• Directive concernant la qualité des eaux de baignade
• Directive relative à la qualité requise des eaux conchylicoles
• Directive cadre stratégie pour le milieu marin (DCSMM)
(2006/7/CE)
(2006/113/CE)
(2008/56/CE)
> Deux lois apportent quelques compléments relatifs à la législation française.
• Loi sur l’eau (1992)
Cette loi impose que, en 2005, tout lieu d’habitation soit raccordé à un système
d’assainissement par le biais de systèmes d’assainissement collectif ou non collectif.
• Loi sur l’eau et les milieux aquatiques (LEMA - 2006)
La LEMA reconnaît la compétence des départements, et plus seulement des communes,
pour assurer l’assainissement collectif des eaux usées (c’est le cas, unique en France, du
SIAAP) ; elle met en place un fonds de garantie lié à l’épandage des boues d’épuration et
crée une taxe pour la collecte, le transport, le stockage et le traitement des eaux pluviales
(non abouti en 2012).
Pour aller plus loin :
GÉOGRAPHIE
> La notion de bassin versant dans
la législation sur l’eau
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
> La protection des écosystèmes
aquatiques dans la législation sur l’eau
> La protection de la santé dans
la législation sur l’eau
5/ Équivalent-Habitant (EH) : unité de mesure basée sur la quantité de pollution organique émise par jour et par habitant. Elle permet d’évaluer la capacité de traitement d’une station d’épuration.
1 EH = 60 g de DBO5 / jour. Cette notion est expliquée page 20.
6/ Estimation de Bruno Rakedjian, chef de projet ERU au ministère de l’Écologie, du développement durable et de l’énergie, environnement-magazine.fr, 03/10/11.
11
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Du point de vue technique, l’assainissement des eaux usées peut se décomposer en deux grandes
classes : l’assainissement collectif et l’assainissement non collectif. 79 % de la population française
est raccordée à un réseau d’assainissement collectif conduisant à une station d’épuration. Le terme
désormais consacré est Station de traitement des eaux usées (STEU). En 20117, on comptait
19 300 stations de traitement des eaux usées pour une capacité totale de 76 millions d’équivalentshabitants8. Ce nombre est bien supérieur au nombre de personnes concernées (environ 52 millions)
car il représente la charge polluante globale traitée dans les stations et comprend notamment les eaux
industrielles. Les 1 000 plus grosses STEU représentant à elles seules 50 millions EH. Cet émiettement
des moyens épuratoires sur le territoire est dû à l’absence de regroupement dans les zones rurales.
Les petites communes ont souvent leurs propres réseaux et station d’épuration, en raison du coût des
réseaux, tandis que les habitats à plus forte densité humaine font converger leurs canalisations vers
quelques stations d’épuration de plus grande capacité.
Le Code de la santé publique9 oblige les propriétaires des habitations donnant sur une voie
publique surplombant un réseau de collecte à s’y raccorder. De son côté, la collectivité en charge
de l’assainissement assure un service de collecte et de transport des eaux usées en échange d’une
participation sous forme de redevances10 perçues par le biais de la facture d’eau.
L’assainissement non collectif
Treize millions de Français ne disposent pas d’un système d’assainissement collectif sur le
lieu de résidence, en revanche leur habitation doit être dotée d’un système d’assainissement
individuel. La France est le premier pays européen en nombre d’ouvrages d’Assainissement non
collectif (ANC) avec quelque 5 millions d’ouvrages. Ce secteur a été réorganisé par la loi sur
l’eau de 1992, avec la création de services publics d’assainissement non collectif (SPANC). Les
communes ou groupements intercommunaux qui ne disposent pas de système d’assainissement
collectif doivent mettre en place un SPANC (échéance au 31 décembre 2005)11.
Le retard pris par les collectivités dans la création des SPANC a conduit à la publication en
2009 de trois arrêtés qui renforcent leurs compétences. Les communes doivent obligatoirement
identifier les zones relevant de l’ANC de celles relevant de l’assainissement collectif, contrôler
les installations d’ANC existantes, mettre en place un contrôle périodique et, enfin, établir un
document certifiant le bon fonctionnement de l’ouvrage ou, au contraire, requérant des travaux.
Pour cela, elles perçoivent une redevance.
Les communes ont aussi des compétences facultatives, qu’elles décident ou non de prendre :
travaux de réalisation et de réhabilitation, traitement des matières de vidange, établissement
de prescriptions techniques pour les études de sol ou le choix de la filière.
7/ Le ministère de l’Écologie propose un portail sur l’assainissement, plus spécifiquement sur le traitement des eaux usées. http://assainissement.developpement-durable.gouv.fr
8/ Équivalent-Habitant (EH) : unité de mesure basée sur la quantité de pollution organique émise par jour et par habitant. Elle permet d’évaluer la capacité de traitement d’une station d’épuration.
1 EH = 60 g de DBO5 / jour. Cette notion est expliquée page 20.
9/ Article L1331-1 du Code de la santé publique.
10/ Article L 1331-7-1 du Code de la santé publique.
11/ http://www.assainissement-non-collectif.developpement-durable.gouv.fr
12/ Données INSEE : 11,73 millions d’habitants en Île-de-France au 1er janvier 2009.
12
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
2/ ASSAINISSEMENT EN AGGLOMÉRATION PARISIENNE
L’Île-de-France est un cas particulier dans le secteur de l’assainissement en France. S’il y existe
530 stations de traitement des eaux usées pour environ 12 millions de Franciliens12, leur répartition
au sein des départements de la région se révèle surprenante.
Petite couronne :
- Paris :
- Hauts-de-Seine :
- Seine-Saint-Denis :
- Val-de-Marne :
Grande couronne :
- Seine-et-Marne :
- Yvelines :
- Essonne :
- Val-d’Oise :
0
1 (SIAAP)
2 (SIAAP)
1 (SIAAP)
284
140 (dont 2 SIAAP)
60
42
Le territoire francilien peut ainsi être scindé en deux entités : la grande couronne qui présente
les deux systèmes d’assainissement – collectif (avec 526 stations d’épuration) et non collectif – et la
petite couronne qui est exclusivement raccordée à un système commun d’assainissement collectif
et ne compte que quatre stations d’épuration. En fait, le territoire central de la région parisienne,
caractérisé par un tissu urbain dense, s’étend au-delà des quatre départements de la petite couronne.
Communément appelé agglomération parisienne, il correspond à la zone d’action du SIAAP.
Six grandes stations d’épuration, les usines du SIAAP, y assurent le
Pour aller plus loin :
traitement des eaux usées de 72 % de la population francilienne, soit
HISTOIRE
8,6 millions d’habitants. Cette configuration est le fruit de l’histoire
> L’histoire de l’assainissement dans
de l’assainissement de Paris, puis de l’agglomération parisienne.
l’agglomération parisienne
Par conséquent, ce livret est consacré aux principes et aux procédés de l’assainissement collectif
et, exception faite d’un encadré (page précédente), n’aborde pas la gestion de l’assainissement non
collectif en France.
Dans un système d’assainissement collectif, la collecte se fait à la sortie des habitations et des entreprises.
Le transport est assuré par des réseaux souterrains dont le diamètre est de plus en plus grand, afin
d’absorber des débits de plus en plus importants. Le traitement est opéré dans des stations d’épuration.
Enfin, les eaux épurées sont rejetées dans le milieu naturel, un cours d’eau dans la majorité des cas.
Dans l’agglomération parisienne, la collecte et le transport des eaux usées sont assurés par différents
acteurs (communes, groupements de communes, départements et SIAAP), mais le traitement
des eaux usées est réalisé par un unique acteur, le SIAAP, le Service public de l’assainissement
francilien. Son acronyme signifie Syndicat
Interdépartemental pour l’Assainissement de
l’Agglomération Parisienne. Cet établissement
public assimilé à une collectivité territoriale
regroupe quatre départements constitutifs
(Paris, Hauts-de-Seine, Seine-Saint-Denis,
Val-de-Marne), mais sa zone de collecte
s’étend sur certaines communes de la Seineet-Marne, des Yvelines, de l’Essonne et du Vald’Oise, pour un total de 286 communes sur un
territoire de collecte de 2 000 km2 (figure 1).
Il est le seul syndicat interdépartemental
d’assainissement en France.
Oise
Val-d’Oise
Seine
Seine-Saint-Denis
Hauts-de-Seine
Se
in
e
Paris
Yvelines
Marne
Seine-et-Marne
Biè
vre
Val-de-Marne
ne
Sei
Essonne
Figure 1 :
La zone de collecte du SIAAP
© SIAAP
13
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. ORIGINE ET CARACTÉRISATION DES EAUX USÉES
Le système d’assainissement collectif est souvent comparé à une chaîne constituée de quatre
maillons :
Pollutions des eaux
(chapitre I.B)
Réseau de collecte et
de transport (chapitre II)
Station d’épuration
(chapitres III.IV.V.VI)
Ces maillons sont indissociables. Les deux premiers conditionnent le
flux de pollution à traiter par la station d’épuration. Le milieu récepteur,
de par le degré de protection qu’il exige, détermine l’efficacité et la
fiabilité des ouvrages de dépollution.
Milieu récepteur
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Les impacts de l’Homme
sur les milieux aquatiques
L’eau est un vecteur essentiel des différents résidus de l’activité humaine. Qu’on lave la vaisselle,
un vêtement, qu’on tire la chasse d’eau, ou que l’eau d’orage ou un agent communal lavent les
chaussées et entraînent les détritus vers le caniveau, il s’agit à chaque fois de déplacer et d’évacuer
un produit indésirable vers une destination souvent méconnue : la station d’épuration.
1/ DIFFÉRENTS TYPES D’EFFLUENTS
Le réseau de collecte et de transport de l’agglomération parisienne est majoritairement unitaire.
Cela signifie que les eaux de ruissellement (pluie, nettoyage des rues) rejoignent le même circuit de
transport et d’assainissement que les eaux polluées par les activités domestiques et industrielles.
Dans ce contexte, on peut définir quatre types principaux d’effluents.
• Les eaux usées domestiques constituent la première pollution qu’ont historiquement tenté de
traiter les sociétés. Elles comprennent les eaux noires (les eaux-vannes des toilettes) et les eaux
grises (issues de la cuisine et de la salle de bains). Ces eaux contiennent des matières organiques
dégradables et des matières minérales. Le débit moyen en France est estimé à 150 litres par
habitant et par jour, un peu moins pour un Francilien (143 litres)13.
• Les eaux usées industrielles proviennent des activités industrielles et commerciales. La nature de
l’effluent dépend de celle de l’entreprise émettrice : organique pour l’industrie de transformation
agro-alimentaire, chimique pour les industries électroniques, les pressings, les laboratoires
photographiques et les imprimeries, métalliques pour les industries de sidérurgie-métalleriefonderie. Le branchement au réseau d’assainissement n’est pas obligatoire, mais le traitement
l’est. Ce dernier est parfois effectué sur place, par l’industriel qui dispose alors de sa propre station
d’épuration ; c’est le cas pour les industries de grande taille ou celles produisant des pollutions
très concentrées (12 % des établissements industriels du bassin Seine-Normandie). Mais la grande
majorité des établissements industriels du bassin Seine-Normandie (88 %) rejettent leurs effluents
dans le réseau d’assainissement, parfois après un prétraitement spécifique effectué sur place14.
Ce sont généralement des industries de taille moyenne et petite ou produisant une pollution
moins concentrée. Pour le déversement à l’égout, une autorisation de raccordement au réseau
est nécessaire, si elle est accordée, elle est suivie par l’établissement d’une convention avec la
collectivité. Pour en savoir plus sur les flux polluants des établissements industriels, il est possible
de consulter “le Registre français des émissions polluantes15” une base de données mise en ligne
par le ministère de l’Écologie.
Pour aller plus loin :
GÉOGRAPHIE
13/ Source : Agreste Île-de-France - SSP - enquête “Eau et assainissement” 2008.
14/ Agence de l’eau Seine-Normandie.
15/ Registre français des émissions polluantes : www.irep.ecologie.gouv.fr
14
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
> Les activités industrielles sur le bassin
de la Seine
• Les eaux pluviales sont les eaux de temps de pluie qui ne se sont pas infiltrées dans les sols. Elles ne
peuvent plus, comme autrefois, être rejetées sans traitement, et ce afin d’éviter qu’elles ne polluent
les rivières. En effet, en traversant l’atmosphère (fumées industrielles, gaz d’échappement) et en
lessivant les toitures et les surfaces imperméabilisées (voirie, parkings), les eaux pluviales se chargent
d’impuretés qu’elles charrient : pollutions organiques (feuilles, déjections canines), pollutions
métalliques (zinc des toitures parisiennes sur lesquelles elles ruissellent), pollutions chimiques
(hydrocarbures, huiles de vidange), matières en suspension (terre lessivée par les intempéries),
matières minérales (graviers, sables). Leurs caractéristiques dépendent de la pluviométrie et des
conditions météorologiques préalables à la pluie. Ainsi, une période sèche suivie d’un gros orage
occasionne des pics de concentration pour certains polluants, contrairement à une pluie fine et
régulière. Lors d’un fort épisode pluvieux en région parisienne, la quantité d’eau qui circule dans
les réseaux peut alors être deux fois supérieure à celle de la Seine.
• Les eaux parasites sont issues d’infiltrations, de drainages de nappes ou de captages de cours
d’eaux, comme c’est le cas pour la Bièvre qui va des Yvelines à Paris, la Morée en Seine-SaintDenis ou les surverses du lac d’Enghien, dans le Val-d’Oise. Bien qu’elles soient peu chargées en
pollution, leur impact hydraulique peut se révéler important.
Les types d’eaux usées traitées par le SIAAP
Le SIAAP reçoit dans son réseau et ses usines un mélange d’eaux usées urbaines (domestiques
et industrielles), d’eaux pluviales et d’eaux parasites (figure 2). Le syndicat a reçu 860 millions
de mètres cubes d’eau en 2010.
30 %
Eaux parasites
58 %
Eaux urbaines
12 %
Eaux pluviales
© SIAAP
Sources : données SIAAP (Direction
Santé Environnement, 2012).
Figure 2 : Répartition des effluents du SIAAP
Il est pour l’heure impossible de connaître précisément la part d’eaux industrielles. En effet,
bien que l’autorisation de déversement dans le réseau de collecte soit obligatoire16, le choix
de signer avec l’industriel une convention de déversement relève de la commune propriétaire
du réseau. Or beaucoup de communes ne le font pas systématiquement. Pour celles qui le
font, le nombre d’établissements industriels répertoriés comme disposant d’une autorisation
de déversement de réseau est d’environ 4 000 dans la zone de collecte du SIAAP en 2012. Un
peu moins de 400 d’entre eux payent une redevance car ils rejettent des eaux dont la charge
polluante est supérieure à 200 EH17.
16/ Article L 1331-10 du Code de la santé publique.
17/ Voir note n°5.
15
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
2/ CARACTÉRISATION DES ÉLÉMENTS POLLUANTS
Les eaux usées transportent des matières de nature très variée : matières flottantes pour les plastiques,
les feuilles d’arbres et les graisses, lourdes pour les sables, particulaires pour les déjections, dissoutes
pour l’urine et les produits ménagers. Certaines sont biodégradables, d’autres pas. Elles peuvent
être organiques ou minérales. Ces matières sont considérées comme des polluants lorsqu’elles
provoquent une perturbation dans un milieu donné. On parle alors de “pollution”, qu’elle soit
physique, chimique ou biologique. Pour la plupart, c’est leur concentration dans le milieu récepteur
qui va occasionner une pollution. Mais dans certains cas, les composés agissent à très faible
concentration.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> La surveillance des cours d’eau
par le SIAAP
Face à la multiplicité des composés et de leurs formes, les épurateurs ont défini des paramètres
caractérisant la pollution. Ces paramètres permettent de quantifier la pollution pour d’une part,
dimensionner correctement les stations d’épuration, et d’autre part, évaluer les performances des
ouvrages de traitement.
• Mesures de débit
Le débit est un volume d’eau mesuré par unité de temps. Ce terme recouvre de nombreuses
situations. Il est nécessaire de bien préciser de quel débit on parle (moyen, de pointe, instantané)
et sur quel laps de temps (annuel, journalier, horaire, seconde). Dans les arrêtés communaux et
préfectoraux, on utilise ainsi des termes relatifs au débit (de référence). Enfin, on doit souvent
distinguer les débits de temps sec et ceux de temps de pluie.
Chacune de ces situations a un rôle sur différents aspects du dimensionnement d’une usine : la pointe
en mètres cubes par seconde détermine la capacité hydraulique du système, le volume maximum
journalier conditionne la production maximale de boues (il permet de dimensionner les ouvrages de
traitement des boues produites par le traitement des eaux), le débit de référence indique le débit
de la station d’épuration au-dessous duquel la station d’épuration doit impérativement respecter
les normes de rejet prescrites. Ainsi, sur des courbes réelles d’enregistrement de débit en fonction
du temps, on peut repérer ces différentes grandeurs avec leurs variations caractéristiques.
• Types de pollutions
Les matières polluantes contenues dans les eaux usées sont très variées, on peut les regrouper
au sein de quatre catégories de pollution, qui n’engendrent pas le même type de nuisance et
nécessitent des traitements appropriés. Les trois premières catégories réunissent l’essentiel des
matières présentes dans l’eau : les pollutions carbonées, azotées et phosphorées. La dernière
catégorie regroupe, sous le terme générique de “micropolluants”, des éléments très divers ;
leur présence est limitée mais leur impact peut être grave. Bien que les stations d’épuration les
éliminent de façon efficace, ces micropolluants ne sont pas aujourd’hui pris en compte dans le
dimensionnement des stations d’épuration.
Toutes les pollutions mesurées s’expriment en concentration, c’est-à-dire en milligrammes par
litre (mg/l).
16
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Pollution carbonée
La pollution carbonée correspond aux matières organiques. Rejetées sans traitement dans le
milieu récepteur, leur dégradation par des organismes aquatiques entraîne une diminution du taux
d’oxygène dissous dans l’eau, néfaste à l’ensemble de la faune vivant dans les cours d’eau. Cela
conduit ainsi à la disparition rapide des espèces de poissons les plus exigeantes en oxygène dissous
(tels les salmonidés). La mesure de la pollution carbonée se fait à l’aide de deux paramètres aux
modes opératoires particuliers.
- La Demande Biochimique en Oxygène à cinq jours (DBO5)
La DBO5 évalue la quantité d’oxygène prélevée au milieu naturel en cas de déversement d’eau usée.
L’analyse consiste à mélanger un peu d’eau usée à de l’eau pure saturée en oxygène et à laisser le
flacon fermé à une température de 20 °C à l’obscurité, pendant cinq jours. Les micro-organismes
présents vont consommer rapidement l’oxygène dissous pour dégrader une partie de la matière
organique. On mesure alors l’oxygène dissous restant, et par différence, on obtient la quantité
d’oxygène consommé en mg par litre d’effluent. On a reproduit en laboratoire ce qui se passe dans
une rivière bien oxygénée où l’on déverse une eau usée. L’analyse dure cinq jours, car cela correspond
à la durée pendant laquelle on est sûr que seules les matières carbonées seront consommées. Certains
proposent cependant une autre explication, indiquant que ces cinq jours couvrent la durée moyenne
d’écoulement des rivières anglaises, là où cette analyse a été mise au point. L’inconvénient majeur de
cette mesure est sa durée, un autre paramètre plus rapide est également disponible.
- La Demande Chimique en Oxygène (DCO)
La DCO représente la teneur totale de l’eau en matières organiques, qu’elles soient ou non
biodégradables. Ce paramètre est obtenu par une réaction chimique. Le principe repose sur le
besoin en oxygène pour dégrader la matière organique, l’oxygène étant ici fourni par un oxydant
puissant. Cette réaction est pratiquée à chaud (150 °C) et en présence d’acide sulfurique. Après
deux heures, la quantité d’oxydant restant est mesurée ; le résultat s’exprime en mg d’O2/l
d’effluent. Le grand intérêt de cette mesure est sa rapidité18.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Matière organique et respiration aquatique
Pollution azotée
Dans le domaine de l’assainissement, on divise l’azote en deux grandes familles :
- L’azote réduit
Dans le réseau d’assainissement, milieu fermé, l’azote est le plus souvent sous forme réduite.
Dans les eaux usées domestiques, il provient essentiellement des déchets métaboliques,
majoritairement de l’urée contenue dans les urines, une forme d’azote organique, et se transforme
rapidement en azote ammoniacal (ion ammonium NH4+). Il y a un grand intérêt à éliminer l’azote
ammoniacal, d’une part il est toxique et d’autre part sa transformation en nitrates dans le milieu
récepteur demande une consommation d’oxygène.
- L’azote oxydé
Dans les eaux usées, les formes oxydées sont quasiment absentes. Il s’agit des nitrites (NO2-) et des
nitrates (NO3-), produits de la transformation chimique de l’azote réduit en présence d’oxygène
(oxydation). Elles n’apparaissent qu’au cours des traitements épuratoires ou lors des rejets d’eau
insuffisamment épurée dans les cours d’eau.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Les risques sanitaires associés aux nitrites
18/ Guide technique de l’assainissement, R. Bourrier, M. Satin et B. Selmi, Éditions Le Moniteur, 2010.
17
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Pollution phosphorée
Le phosphore présent dans les eaux usées a deux origines principales : le métabolisme humain et
les détergents. Il est mesuré sous deux formes :
- Le phosphore total (Pt) : phosphore particulaire + phosphore dissous
- Les orthophosphates (PO43-) : constituent la majeure partie du phosphore dissous.
La principale menace que représentent les pollutions phosphorée et azotée pour le milieu naturel
est l’eutrophisation. L’azote et le phosphore sont nécessaires à la croissance des végétaux et des
algues, mais leur présence en excès dans le milieu aquatique conduit à la prolifération des espèces
végétales, c’est l’eutrophisation. Parmi les conséquences directes de l’eutrophisation, on peut citer
la perturbation de la production d’eau potable, des activités économiques et des loisirs nautiques.
De plus, l’eutrophisation se traduit par une forte consommation d’oxygène notamment par les
plantes surabondantes, mais surtout par les micro-organismes qui dégradent cette importante
masse organique constituée par les végétaux morts. Cet appauvrissement en oxygène dissous est
néfaste pour la faune aquatique.
Le risque d’une eutrophisation est moins élevé pour un fleuve canalisé comme la Seine, que pour un
fleuve lent, tel que la Loire, ou une petite rivière. Par ailleurs, l’eutrophisation peut être régulée en limitant
les apports en l’un ou l’autre des éléments nutritifs que sont les matières azotées et phosphorées. Dans
les rivières, le phosphore est naturellement et proportionnellement en concentration plus faible que
l’azote ; c’est le facteur limitant de la croissance des plantes aquatiques. Il faut donc supprimer les
apports de phosphore susceptibles de provoquer la croissance excessive des végétaux dans les rivières.
Un moyen efficace est de fabriquer des lessives totalement exemptes de phosphates ou d’éliminer les
phosphates résiduels issus du métabolisme humain au niveau des stations d’épuration.
Le littoral marin est également victime d’eutrophisation pouvant prendre diverses formes,
dont la prolifération d’algues vertes, notamment sur les plages bretonnes. Dans ce cas, l’azote,
principalement d’origine agricole, est l’élément nutritif limitant de la croissance algale19.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Azote-Phosphore et eutrophisation
Micropolluants
Des milliers de produits chimiques différents sont utilisés dans la fabrication des biens de
consommation courante. Souvent, une petite partie de ces produits chimiques se retrouve dans les
eaux usées, puis est rejetée dans l’environnement après que les eaux aient été traitées. Ces diverses
molécules – chimiques, métalliques, biologiques – sont donc ainsi présentes dans les milieux
aquatiques en très faible concentration, et sont de plus en plus souvent soupçonnées d’avoir des
impacts négatifs importants sur l’eau, l’environnement et notre santé.
- La pollution chimique
Les produits chimiques de synthèse sont généralement toxiques, parfois à très faible dose,
avec un impact sur l’environnement plus ou moins étendu et rémanent selon les cas. Mais ces
produits sont également toxiques pour les hommes : développement de cancers, baisse de la
fertilité, perturbations du système endocrinien, malformations congénitales... De nombreuses
polémiques ont éclaté ces dernières années et ont permis de mettre en avant les risques associés
à ces produits. Voici quelques familles de polluants chimiques :
> PCB (PolyChloroBiphényles)
> HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques)
19/ Les “marées vertes en Bretagne”, la responsabilité du nitrate, Ménesguen A., 2003. http://envlit.ifremer.fr/content/download/27419/222408/version/1/file/marees_vertes_0306.pdf
18
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
> phytosanitaires (herbicides, insecticides, fongicides, tels atrazine, DDT)
> œstrogènes médicamenteux (Distilbène)
> plastifiants (bisphénol A, phtalates).
- La pollution métallique
Une partie de cette pollution est constituée des éléments traces métalliques (ETM), anciennement
appelés métaux lourds (fer, plomb, mercure, uranium, chrome, cuivre, cadmium, argent, etc.). Ils
sont présents naturellement à l’état de traces, mais leur exploitation par l’activité humaine a conduit
à leur dissémination dans l’environnement où on les retrouve à des concentrations plus ou moins
importantes, leur impact toxicologique dépend de leur forme chimique, de leur concentration et
de la possibilité qu’ils passent dans la chaîne du vivant.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Micropolluants dans l’environnement
et toxicité
Pollution bactériologique
Elle résulte principalement des rejets provenant de l’intestin des animaux et des hommes. Les
excréments contiennent en effet des germes pathogènes :
Pour aller plus loin :
- bactéries (paramètre pour la baignabilité)
GÉOGRAPHIE
- virus
> Les micro-organismes responsables
- champignons
de maladies hydriques
- vers et œufs parasites.
• Formes de pollutions
Les polluants se trouvent sous trois principales formes : grossière, particulaire et dissoute. Dans
le cadre d’une approche pédagogique davantage vulgarisée, notamment avec les élèves les plus
jeunes, il est possible de privilégier cette typologie basée sur la taille des éléments polluants,
en simplifiant le volet chimique présenté précédemment. Elle présente l’avantage d’aborder
concrètement les grandes étapes du traitement des eaux usées.
Pollutions grossières
Les pollutions grossières ne sont pas des pollutions de l’eau au sens strict, mais plutôt des déchets
transportés par les eaux usées, qu’il faut retirer afin de protéger les ouvrages de traitement. Selon la
densité de la matière principale qui les compose, les pollutions grossières peuvent être :
- flottantes (plastiques, feuilles et branches d’arbres, graisses)
- lourdes (sables).
Pollutions particulaires
Les pollutions particulaires (principalement les matières fécales) se présentent sous la forme de
matières en suspension (MES) qui troublent l’eau (turbidité) et risquent de créer des dépôts. On
distingue :
- les matières minérales (MM)
- les matières volatiles (MV), c’est-à-dire la fraction organique des MES.
Pollutions dissoutes
Les pollutions dissoutes, ou solubles dans l’eau, sont les matières non décantables qui forment un
mélange homogène avec l’eau (urine, produits d’hygiène et d’entretien, sébum, matière organique).
Elles sont responsables de la couleur et de la salinité de l’eau.
19
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
• Méthodes de quantification de la pollution
La quantité de pollution qui doit être éliminée par une station d’épuration peut être mesurée ou
évaluée par des calculs. Les méthodes de quantification de la pollution ont plusieurs fonctions : le
dimensionnement des ouvrages d’épuration et l’évaluation des performances des ouvrages.
Les équivalents-habitants
Afin d’évaluer la capacité d’une station d’épuration, une unité de mesure a été mise en place :
l’équivalent-habitant. Cette unité de mesure se base sur la quantité de pollution émise par jour et
par habitant, plus les activités économiques urbaines (restaurants, hôpitaux, artisanat, hors industries
spécifiques, ainsi qu’une part de pollution par temps de pluie dans le cas des réseaux unitaires). La
Directive Eaux Résiduaires Urbaines (encadré réglementaire page 10) définit l’équivalent-habitant
comme la charge organique biodégradable ayant une demande biochimique en oxygène à cinq
jours (DBO5) de 60 grammes d’oxygène par jour.
1 EH = 60 g de DBO5/jour (soit 21,6 kg de DBO5/an)
120 à 150 g de demande chimique en oxygène (DCO)
70 à 90 g de matières en suspension (MES)
12 à 15 g d’azote Kjeldahl (NK)
2,5 à 3 g de phosphore total (PT)20.
Les flux de pollution
Connaissant les débits et les concentrations de chaque polluant, il est possible de calculer des flux.
Un flux de polluant est une masse de polluant par unité de temps, cette unité de temps pouvant
être la seconde, l’heure, la semaine, l’année ou plus généralement le jour. Suivant ce que l’on veut
exprimer, on parlera de flux horaire, journalier, de semaine la plus chargée, annuel. Le terme dépend
aussi de la position à laquelle on se place :
- flux entrant : capacité de la station
- flux sortant : pollution rejetée au milieu naturel
- flux éliminé : efficacité épuratoire de la station.
20/ Mémento technique de l’eau, Degrémont Suez, 2005.
20
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
II.
Collecte et transport
des eaux usées
Le système de collecte et de transport des eaux usées désigne le réseau de canalisations, principalement
souterraines, qui recueille et achemine les eaux usées jusqu’aux stations d’épuration. Il convient de
différencier la collecte – qui se fait par les branchements des particuliers et des entreprises ainsi que par
les avaloirs d’égout – et le transport qui se fait par des canalisations de différents modèles.
Un réseau d’assainissement est particulièrement complexe du fait de la multitude de tronçons
hétérogènes qui le composent et des nœuds ponctuant le parcours des eaux usées (branchements,
jonctions, bifurcations, seuils, etc.). Les réseaux ont été progressivement renforcés et interconnectés,
améliorant ainsi leur efficacité, mais augmentant aussi cette complexité.
A. CARACTÉRISTIQUES DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
1/ DEUX PRINCIPAUX TYPES DE RÉSEAUX
Historiquement, les premiers égouts recueillaient toutes les eaux usées et les eaux de pluie. Mais
progressivement et sur certains territoires, deux réseaux distincts ont progressivement été implantés,
permettant une gestion différenciée des eaux usées et pluviales. On distingue principalement deux
systèmes – les réseaux unitaires et les réseaux séparatifs – (figure 3), mais on rencontre également
des systèmes mixtes combinant les deux.
• Système unitaire
Un seul collecteur assure à la fois le transport des eaux usées et des eaux pluviales. Il constitue le
système traditionnel lié à l’évolution historique des villes (conception simple, encombrement réduit
dans le sous-sol). Les caractéristiques de l’effluent – qualité et quantité – sont variables selon les
conditions pluviométriques et induisent des risques de dépassement de capacité (mise en charge).
Lors des événements pluvieux, l’eau pluviale exerce une certaine dilution des eaux usées, mais
après une période sèche, on assiste à un “nettoyage” de la ville : le premier flot est très chargé
(plomb, zinc, hydrocarbure, sables). Bien qu’associée à ce système très répandu, la notion de “toutà-l’égout” est désormais à proscrire car elle suggère que tout et n’importe quoi peut être rejeté
dans le réseau d’assainissement21.
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
> L’histoire des égouts de Paris
• Système séparatif
C’est l’orientation choisie depuis les années 1970 dans les villes nouvelles et les quartiers récents, avec
la mise en place d’un double réseau. Les eaux usées sont conduites à la station d’épuration pour
traitement. L’effluent présente donc dans ce cas une qualité relativement régulière ainsi qu’un débit
journalier assez constant. Les eaux pluviales sont rejetées dans un cours d’eau, après avoir subi un
traitement spécifique dans certains cas. Toutefois, le plus souvent, les eaux pluviales sont simplement
collectées et infiltrées au niveau de la parcelle ou évacuées en surface (dans un fossé par exemple).
21/ Guide technique de l’assainissement, voir note n°18.
21
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Réseau unitaire
Bassin
d’orage
Bassin
de rétention
Réseau séparatif
Station
d’épuration
Unité de
traitement
de eaux
pluviales
Station
d’épuration
© SIAAP
Figure 3 : Deux types de réseaux d’assainissement : unitaire et séparatif
2/ PRINCIPES HYDRAULIQUES
Dans la mesure du possible, le transport des eaux usées se fait par gravité, c’est-à-dire que leur
écoulement se fait selon la pente naturelle. Cependant, lorsque la configuration du terrain ne permet
pas un écoulement satisfaisant des eaux, on a recours à des procédés de pompage pour faciliter
leur acheminement. Il s’agit le plus souvent de leur faire franchir un obstacle topographique ou de
prolonger le parcours de l’effluent lorsque la dénivellation devient trop faible et pour éviter une surprofondeur de la canalisation en fin de trajet. Il est donc indispensable d’implanter ponctuellement
des stations de pompage sur le réseau de transport des eaux usées. Deux modes d’actions sont mis
en place selon les besoins :
• des relèvements : permettant de relever à faible hauteur et à courte distance les eaux d’une
canalisation ne pouvant plus s’approfondir. Le relèvement ainsi créé permet de reprendre
l’écoulement gravitaire en aval. La station de pompage est alors aussi appelée poste de relevage.
• des refoulements : permettant de forcer le transport des effluents d’un point à un autre, souvent
sur de grandes distances, par une mise en pression. Il peut s’agir de passer d’une rive à l’autre d’un
cours d’eau ou d’effectuer une longue distance à plat ou à contre-pente.
Une station de pompage est constituée d’une bâche de stockage des effluents et d’un équipement
de pompage avec une ou plusieurs pompes.
22
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
3/ CARACTÉRISTIQUES DE FONCTIONNEMENT
Le fonctionnement optimal d’un réseau de transport des eaux usées exige un certain nombre de
dispositions essentielles :
• La rapidité de circulation des effluents
Les réseaux de transport des eaux usées constituent un milieu propice à une fermentation anaérobie
– c’est-à-dire sans oxygène – en cas de dépôt de matière organique au fond des canalisations. Il se
produit alors un développement de bactéries induisant des nuisances, telles les bactéries sulfatoréductrices qui génèrent des gaz odorants et dangereux. Ainsi, la production de dihydrogène sulfuré
(H2S) constitue un risque pour les égoutiers du fait de sa forte toxicité. Ce gaz génère également
des nuisances olfactives pour les riverains. Enfin, il peut entraîner la dégradation des équipements
et affecter les rendements épuratoires à cause de l’acidification des effluents.
Il convient donc de réduire au maximum le temps de séjour des eaux usées dans les conduites afin
d’empêcher le phénomène de décantation. Pour cela, une vitesse suffisante des effluents permet
d’éviter les dépôts en réalisant un autocurage des canalisations.
• L’étanchéité des canalisations
Il est indispensable que les canalisations ne laissent pas passer de flux d’eau entrant (pour ne pas
drainer les eaux de surfaces ou les eaux souterraines) ou sortant (pour ne pas laisser s’échapper des
effluents pollués vers le milieu naturel).
• L’accessibilité des canalisations
Certaines canalisations sont visitables en fonctionnement, c’est le cas des égouts de Paris. Ces
derniers sont de forme ovoïde et présentent des banquettes surélevées sur les côtés où les hommes
peuvent circuler hors de l’eau. Cela facilite la surveillance, l’entretien et la maintenance des ouvrages.
D’autres, par contre, ne peuvent accueillir du personnel que lorsqu’elles sont vidées, on parle
alors de “mise en chômage”. Les émissaires, de forme circulaire et de plus grandes dimensions,
appartiennent à cette seconde catégorie.
• Le maillage du réseau
Les interconnexions entre les tronçons du réseau permettent de mettre en chômage des canalisations
pour effectuer des opérations de maintenance ou des travaux. Le maillage du réseau offre également
une souplesse et une optimisation du transport des eaux usées en fonction des zones desservies et
des stations d’épuration. Ainsi, si une station ne peut plus accueillir d’effluents pendant une période
donnée, ils peuvent être réorientés vers une autre station d’épuration. Aujourd’hui, les exploitants
des réseaux sont assistés par des outils informatiques qui les aident à réguler le réseau et à diriger
les effluents (voir VI. A. 4. page 67, le logiciel de gestion des effluents du SIAAP).
• La sélectivité des raccordements
Nous avons vu dans le chapitre précédent que le raccordement des effluents issus des industriels
n’est pas systématique. Le contrôle et la sélectivité de ces rejets permettent de mieux connaître les
polluants entrant dans le réseau. Parfois, à cause d’une forte charge en polluants organiques ou en
micropolluants métalliques, chimiques ou biologiques, ces rejets peuvent avoir des conséquences
néfastes sur le fonctionnement des stations d’épuration, ils peuvent ainsi altérer la dégradation du
traitement biologique ou introduire des métaux dans les boues d’épuration.
23
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. DESCRIPTION DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
1/ DIFFÉRENTS MODÈLES DE CANALISATION
Il existe des canalisations d’eaux usées de forme et diamètre différents. Elles sont dimensionnées
en fonction du nombre d’habitants concernés (et donc du débit à recevoir), de la prise en charge
éventuelle des eaux de ruissellement et des autres réseaux circulant dans ces canalisations,
principalement des conduites d’eau potable et de fibres optiques (pour le téléphone et Internet).
La visite publique des égouts de la ville de Paris permet d’approfondir ce sujet et de découvrir le
métier des égoutiers.
À titre d’exemple, voici différents types d’ouvrages implantés en agglomération parisienne (figure 4) :
• égouts élémentaires : de forme ovoïde et d’une largeur comprise entre 1 et 1,30 m. Ils sont
présents sous chaque rue ;
• collecteurs secondaires : de forme ovoïde et d’une largeur comprise entre 1,30 et 3 m. Ils ont la
particularité de posséder une banquette pour la circulation des égoutiers et une cunette qui est le
canal d’écoulement de l’eau en temps sec (en temps de pluie, toutes les canalisations peuvent se
remplir partiellement ou totalement, on dit qu’elles se mettent en charge) ;
• collecteurs principaux : de forme ovoïde et de 3 à 6 m de large. Ils possèdent une cunette de
3,5 m et deux banquettes de visite. Ils sont en général situés sous les boulevards ;
• émissaires : égouts ronds de 2,50 à 6,80 m de diamètre. Ils transportent les eaux usées vers les
stations d’épuration. On ne peut pas les visiter.
Fibre optique
Eau potable
(distribution)
Eau potable
(transport)
Banquette
Cunette
l = 1,2 m
Égout
l=2m
Collecteur secondaire
l=4m
Collecteur principal
l = 6,8 m
Émissaire
© SIAAP
Figure 4 : Coupe schématique d’un égout, de deux collecteurs et d’un émissaire
24
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2/ GESTION DES EAUX PAR TEMPS DE PLUIE
L’urbanisation de nos sociétés s’accompagne d’une imperméabilisation des sols, empêchant
l’infiltration de la pluie. Par conséquent, une part toujours croissante de l’eau pluviale s’engouffre
dans le réseau d’assainissement.
Les eaux pluviales constituent un probléme à double égard. D’abord, sur le plan quantitatif, la
variabilité et parfois les grandes quantités de précipitations vont avoir un impact hydraulique,
notamment la saturation du réseau d’assainissement et des stations d’épuration, conduisant
à des chutes du rendement épuratoire. Il existe également, pour les villes et les quartiers situés
à basse altitude et à proximité des cours d’eau, des risques d’inondation par des remontées via
les bouches d’égout. Ensuite, sur le plan de la qualité des milieux aquatiques, lorsque le réseau
d’assainissement sature, il arrive que des eaux pluviales se déversent directement dans un cours
d’eau avec tous les polluants dont elles se sont chargées sur leur parcours. Mais le déversement
peut aussi être constitué d’un mélange d’eaux usées et pluviales, avec donc une charge polluante
encore plus importante.
Une bonne gestion hydraulique des flux permet la préservation des écosystèmes aquatiques
et la protection des zones vulnérables aux inondations. En réseau unitaire, il s’agit de stocker
temporairement un mélange d’eaux pluviales et d’eaux usées. Selon la conception du réseau, il est
possible d’envisager plusieurs destinations pour les eaux excédentaires de temps de pluie.
• Les bassins de retenue ou de rétention : utilisés en réseau séparatif
Ils stockent l’eau de pluie excédentaire vis-à-vis de la capacité instantanée du réseau et permettent
d’éviter une inondation. Cette eau est ensuite restituée à la fin de l’épisode pluvieux.
• Les bassins d’orage ou de stockage : utilisés en réseau unitaire
Le rôle de ces bassins de forme (bassin, tunnel) et de dimensions très variables est de retenir le
premier flot, le plus pollué, afin de l’envoyer ensuite dans une station d’épuration. C’est le principe
de stockage-restitution. Un premier traitement peut être effectué sur place. Ces bassins préservent
davantage le milieu naturel, ce qui a encouragé de nombreuses réalisations ces dernières années,
notamment en région parisienne (voir les ouvrages de stockage du SIAAP : VI.A.3 page 66 et
figure 41).
• Les déversoirs d’orage : utilisés en réseau unitaire
En cas de précipitations très importantes, leur fonction est d’évacuer une partie des eaux pluviales vers
un cours d’eau afin de ne pas dépasser la capacité du réseau, ce qui occasionnerait des inondations.
Il existe des ouvrages en surverse dans lesquels le premier flot, le plus chargé en pollution, est
collecté et où seul l’excédent est rejeté vers la rivière. Des conditions strictes sont imposées pour
limiter ce fonctionnement qui comporte des risques pour les milieux aquatiques.
25
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
III.
Traitement
des
eaux usées
Le traitement des eaux usées comprend différentes étapes successives. Si les procédés diffèrent
légèrement selon les stations d’épuration, en fonction de l’année de mise en service, de la sensibilité
du milieu récepteur ou des contraintes d’implantation de l’usine, les principes généraux d’épuration
demeurent les mêmes et les ouvrages sont ordonnés selon un ordre qui varie peu. Ces grandes étapes –
prétraitement, traitements primaires, secondaires, tertiaires – correspondent à la typologie des formes de
pollution mise en évidence dans le premier chapitre.
• Les pollutions grossières sont soumises à des prétraitements (procédés physiques).
• Les pollutions particulaires sont éliminées lors de traitements primaires (physiques ou physico-chimiques).
• Les pollutions dissoutes sont dégradées par des traitements secondaires (biologiques).
• Enfin, un affinage est parfois réalisé par le biais de traitements tertiaires.
A. PRÉTRAITEMENTS
En tête d’une station d’épuration, ils ont pour but de retenir les matières séparables par des
procédés simples : les matières volumineuses au moyen de grilles, les sables dans des dessableurs,
les produits moins denses que l’eau et les matières flottantes les plus grossières par des installations
de dégraissage. Ces procédés facilitent les opérations ultérieures telles que pompage, digestion,
traitements mécaniques des boues, au cours desquelles on peut craindre l’engorgement et l’abrasion
des appareils22.
1/ DÉGRILLAGE
Premier dispositif de la station d’épuration, le dégrilleur est destiné à retenir les matières volumineuses
qui pourraient perturber la suite du traitement. Comme son nom l’indique, il est constitué d’une grille
que l’effluent doit traverser (figure 5). La vitesse de passage de l’eau doit être suffisante pour que les
déchets se plaquent sur la grille sans la colmater (de l’ordre de 0,5 à 1 m/s). Les barreaux droits en acier
sont plus ou moins espacés, formant trois niveaux de grilles :
- pré-dégrillage : pour un écartement supérieur à 40 mm ;
- dégrillage moyen : entre 10 et 40 mm ;
- dégrillage fin : entre 6 et 10 mm.23
Les grilles peuvent être manuelles ou mécaniques, le premier type étant réservé aux très petites
stations d’épuration. Le nettoyage automatique des grilles est recommandé pour éviter le
colmatage et une élévation du niveau d’eau en amont de la grille. Il est assuré par un râteau, aussi
appelé peigne, monté sur un treuil effectuant des mouvements verticaux réguliers. Lorsque le râteau
s’élève, il récupère les déchets retenus sur la grille, puis les déverse sur un tapis roulant qui les évacue
vers un container. Le fonctionnement est généralement discontinu, selon une cadence prédéfinie
(une minute à une heure), mais dans un réseau unitaire, les périodes d’orage imposent alors un
fonctionnement continu. Les résidus retenus sont appelés refus de grilles ou parfois fumiers (voir
encadré sur le devenir des refus de grilles, p. 28).
22/ L’assainissement des agglomérations et protection sanitaire des milieux récepteurs (circulaire du 7 juillet 1970).
23/ Mémento technique de l’eau, voir note n°20.
26
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Râteau
Râteau
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
Grille
Râteau
Évacuation
des refus
de grilles
Grille
Grille
© SIAAP
Figure 5 : Dégrillage
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP
b. Dégrilleur (Seine aval)
2/ TAMISAGE
Avec un principe de fonctionnement relativement proche du dégrillage, le tamisage est toutefois
moins systématique. Son rôle est de retenir les particules fines pour éviter le colmatage de certains
équipements sensibles à ce phénomène parfois utilisés lors des traitements secondaires (biofiltres).
Le tamis s’apparente à une passoire dont les trous, appelés mailles, ont une dimension inférieure à
6 mm. On rencontre le plus souvent deux types de tamisage :
- macro-tamisage : pour des mailles comprises entre 0,15 et 2 mm ;
- micro-tamisage : pour des mailles comprises entre 30 et 150 µm.
Il existe plusieurs technologies : tamis fixe, filtrant, vibrant, rotatif (figure 6). La récupération et l’évacuation
des déchets est similaire à celle qui est faite pour le dégrillage.
Récupération
des déchets
Rampe
d'arrosage
Eau
brute
Eau
tamisée
© SIAAP
Figure 6 : Tamisage rotatif
a. Schéma de fonctionnement
b. Tamiseur (Marne aval)
© SIAAP
27
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Le devenir des refus de grilles
Branches et feuilles d’arbres, bouteilles en plastique, produits
hygiéniques usagés (lingettes, couches, tampons, serviettes,
cotons-tiges), cartons, papiers et filasses de cheveux constituent
l’essentiel des refus de grilles. Un dégrillage avec un espacement
de 40 mm retient 2 à 5 l de matières par an et par habitant, avec
une teneur en eau de ces matières de 60 à 75 % après égouttage
et pressage. Ce volume est de 5 à 10 l pour des barreaux espacés
de 20 mm et de 10 à 25 l pour un écartement de 6 mm. Ces
refus de grilles, assimilés à des ordures ménagères, sont essorés,
compactés, puis évacués vers les usines d’incinération des ordures
ménagères ou les décharges.
Figure 7 : Refus de grilles essorés
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
LES BONS GESTES POUR LE BON FONCTIONNEMENT D’UNE STATION D’ÉPURATION
Ne pas jeter de produits hygiéniques – cotons-tiges, coton, lingettes, tampons et serviettes
hygiéniques, préservatifs, etc. – dans les toilettes ou les lavabos afin d’éviter de perturber le
dégrillage. Dans la rue, n’abandonner aucun déchet dans le caniveau.
3/ DESSABLAGE
L’objectif du dessablage est de retenir les matières minérales qui pourraient provoquer l’abrasion
des tuyauteries et des pompes, ainsi que le bouchage et l’ensablement des ouvrages. On extrait des
graviers, des sables et des particules minérales, ainsi que de petits morceaux de verre, de béton,
de poteries. En général, le dessablage extrait les particules de densité supérieure à 2,5 et dont la
granulométrie est supérieure ou égale à 0,2 mm24. Les particules de granulométrie inférieure sont
prises en charge pendant l’étape de la décantation primaire (voir chapitre B.).
Le principe du dessablage est de laisser tomber les particules minérales au fond du bassin duquel
elles seront ensuite extraites. Une contrainte forte marque cette étape : il s’agit d’extraire le maximum
de matières minérales, mais le minimum de matières organiques, susceptibles de fermenter et de
provoquer diverses nuisances lors de leur stockage et de leur transport. La vitesse d’écoulement
de l’eau est ralentie entre 30 et 60 cm/s, ce qui, en théorie, permet de sélectionner les produits
sédimentés en séparant les éléments minéraux et les matières organiques en suspension. En
pratique, il est difficile de contrôler cette vitesse car le débit et la quantité de sable varient, et
que l’on ne dispose pas toujours d’une batterie de canaux suffisante. À une vitesse de circulation
des eaux résiduaires urbaines de 30 cm/s, le ratio matières organiques sur matières minérales est
d’environ 50 %.
Pour pallier ces difficultés, on procède désormais à un dessablement aéré. Les vitesses d’écoulement
y sont plus lentes, ce qui a comme corollaire la sédimentation non désirée des matières organiques.
La séparation des sables et des matières organiques est donc effectuée en insufflant de l’air dans
l’effluent, ce qui crée une turbulence de l’eau suffisante pour remettre en suspension les matières
organiques, moins lourdes. Cette insufflation d’air, qui occasionne aussi une certaine friction entre
les particules, permet aussi un premier lavage du sable.
24/ Mémento technique de l’eau, voir note n°20.
28
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Les bassins de dessablement sont généralement rectangulaires, mesurent de 4 à 30 m de long, et
l’eau n’y séjourne que quelques minutes. Les sables sont repris en continu ou presque dans le fond
des bassins, soit par un dispositif à chaînes et râteaux, soit par un dispositif de pompage installé
sur un pont mobile (figure 8). Il existe également des bassins de dessablement circulaires de forme
cylindroconique, mais il n’y en a pas dans les usines du SIAAP.
Le devenir des sables
La quantité de sable extrait peut atteindre 15 l par an et par habitant en réseau unitaire. Ces
sables sont lavés par une aération violente, puis séparés des produits légers sur un hydrocyclone
(appareil qui, par la force centrifuge, sépare les sables du jus d’essorage), et enfin classifiés sur
un ouvrage à vis ou à palettes destiné à leur égouttage. Ils peuvent alors être valorisés comme
remblai ou lit de fond de fouille (par exemple lors de travaux routiers) ou pour alléger les sols
agricoles. Ces utilisations ne sont autorisées que pour des produits comportant moins de 5 %
de matières organiques, peu de matières solubles et de métaux lourds. À défaut, les sables sont
évacués en décharge.
LES BONS GESTES POUR LE BON FONCTIONNEMENT D’UNE STATION D’ÉPURATION
Pour limiter l’ensablement des canalisations de transport des eaux usées et ne pas alourdir l’étape
du dessablage, il est important de ne pas jeter de débris minéraux dans les éviers. De la même
façon, dans le cas d’un système unitaire, il est préconisé d’évacuer régulièrement la terre et le sable
amassés dans les caniveaux pour qu’ils ne soient pas lessivés par la pluie et conduits jusqu’aux
bouches d’égouts.
4/ DÉGRAISSAGE
Dans les eaux résiduaires urbaines, on trouve des huiles végétales, animales et minérales, ainsi que
des hydrocarbures légers. Ces graisses s’agglomèrent souvent avec d’autres matières en suspension
diverses (fibres végétales, élastomères, plastiques). En théorie, leur rejet dans le réseau est interdit,
mais, dans les faits, de grandes quantités de graisses circulent dans les eaux usées. Ainsi, tous les
restaurants et restaurations collectives devraient être équipés de séparateurs à graisses pouvant
retenir jusqu’à 80 % des matières grasses (figées par la température). En France, on note des valeurs
de 16 à 18 g de lipide par EH par jour, dont seulement 10 à 20 % sont retenus par des dégraisseurs.
Dans une station d’épuration, le dégraissage s’effectue au cours d’un temps de séjour de 15 à 20 min.
Le principe d’extraction est basé sur la flottation. Les graisses ayant une densité légèrement
inférieure à celle de l’eau, il suffit de ralentir suffisamment la vitesse pour que les particules légères
remontent à la surface et soient piégées sur une cloison. Toutefois, les particules graisseuses sont très
fines et les forces de capillarité s’opposent à la poussée d’Archimède. Pour améliorer le rendement
de séparation, de très fines bulles d’air sont insufflées ; elles se collent préférentiellement sur les
particules hydrophobes, notamment les graisses, qu’elles font flotter plus rapidement. On utilise à
cet effet une turbine immergée aspirant l’air de surface au moyen d’un tube et le dispersant dans
la masse liquide mise en mouvement lent de giratoire. L’extraction des matières grasses peut être
réalisée soit par déversement, soit par raclage. Dans le second cas, les graisses sont récupérées en
surface par un pont-mobile qui effectue des allers-retours sur le bassin, elles sont ensuite bloquées
à une extrémité du bassin et raclées vers des trémies d’évacuation.
29
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Le devenir des graisses
La valorisation des graisses est plus délicate que celle des sables. Leur incinération constitue
une solution satisfaisante du fait de leur bon pouvoir calorifique inférieur (le PCI, exprimé en
kilojoules par kilogramme (kJ/kg), est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète
d’une unité de combustible), bien qu’elle soit assez difficile à mettre en œuvre compte tenu de
la nature hétérogène du produit.
LES BONS GESTES POUR LE BON FONCTIONNEMENT D’UNE STATION D’ÉPURATION
Lorsque l’on a une grande quantité d’huile alimentaire à jeter, il ne faut pas la verser dans l’évier
pour ne pas surcharger le dégraissage. L’idéal est de la déposer dans une déchetterie, mais on
peut aussi la transvaser dans une bouteille en plastique et jeter l’ensemble fermé avec les ordures
ménagères. Il existe désormais des produits pour solidifier les matières grasses afin de faciliter leur
évacuation.
Le plus souvent, dessablage et dégraissage sont regroupés dans un même bassin pour effectuer ce
qui permet des économies d’énergie et de place (figure 8).
Turbine d'aération
(déshuilage)
Pont
Racleur
Extraction
des graisses
Extraction
des sables
Figure 8 : Dessablage-dégraissage
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
b. Bassins et pont racleur qui avance (Seine aval)
Débarrassée des matières encombrantes qu’elle contenait à son arrivée à la station d’épuration, l’eau
devient un produit homogène qu’il est possible de transporter par pompage. Elle peut désormais
subir les traitements successifs d’épuration des eaux.
30
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. DÉCANTATION PRIMAIRE
Elle est destinée à débarrasser les eaux usées des matières en suspension (MES) constituées
principalement de matières organiques. Il s’agit essentiellement d’un processus physique qui permet,
par la seule force de gravité, de séparer les MES, facilement décantables, de la fraction liquide. On
laisse reposer les eaux usées dans des bassins (décanteurs) afin que les MES, plus lourdes, tombent
au fond. Leur accumulation forme une couche appelée “boues primaires”. Ces boues sont ensuite
envoyées vers leur propre filière de traitement (voir chapitre IV. page 47).
Plusieurs technologies peuvent être mise en œuvre, parmi lesquelles certaines se sont révélées plus
compactes que d’autres.
1/ DÉCANTATION
Les matières en suspension laissées dans un liquide au repos sont soumises à plusieurs forces : la force
de gravité qui est l’élément moteur permettant la chute de la particule, la poussée d’Archimède et
les forces de frottement qui ralentissent sa vitesse de chute. Pour qu’une particule soit retenue dans
le décanteur alimenté en continu par de l’eau brute, il faut que sa vitesse de chute soit supérieure
à la vitesse ascensionnelle de l’eau dans l’ouvrage (cette dernière est obtenue en divisant le débit
horaire d’eau usée introduite dans le bassin par la superficie du décanteur), et que la résultante
puisse vaincre les forces de frottement. Ainsi, la résultante des forces en présence étant dirigée vers
le bas, la particule descend et rejoint le fond de l’ouvrage.
• Décantation classique
Dans la pratique, les décanteurs sont dimensionnés à une vitesse ascensionnelle de l’eau de l’ordre
de 2 m/h en débit moyen, vitesse pouvant atteindre 4 m/h lors des débits de pointe, ce qui permet
de retenir les particules dont la taille est comprise entre 2 µm et 1 cm.
Les décanteurs primaires peuvent être circulaires ou rectangulaires, à flux d’eau entrant horizontal
ou vertical. Les décanteurs circulaires présentent l’avantage d’être plus faciles à racler puisqu’il suffit
de disposer d’un pont tournant sur l’axe central ; le fond du bassin est alors incliné pour faciliter la
récupération des boues au centre (figure 9).
Eau
décantée
primaire
Eau
prétraitée
Extraction
des boues primaires
Pont racleur
© SIAAP
Figure 9 : Décanteur circulaire à pont tournant
sur l’axe central
a. Schéma de fonctionnement
b. Décanteur en chômage technique (Seine aval)
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
31
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Les boues sont rassemblées – par un système de raclage de fond – dans une trémie d’où elles sont
extraites par pompage. Ce premier raclage est doublé par un système de raclage de surface. Il s’agit
de récolter les graisses qui auraient pu échapper au prétraitement. Dans ce cas, les matières flottantes
sont ramenées vers la périphérie de l’ouvrage où une trémie les dirige vers le prétraitement. Une cloison
siphoïde située à proximité du déversoir empêche l’évacuation de ces graisses avec l’eau décantée.
L’eau débarrassée des matières décantables est évacuée par surverse et conduite vers l’étape
suivante.
Les boues primaires
Les boues primaires, parfois aussi appelées “boues fraîches”, sont obtenues lors de la
décantation primaire. Elles sont constituées essentiellement de matières organiques. Elles ont
une concentration de l’ordre de 4 à 5 % de matières sèches, soit 40 à 50 g/l. Elles contiennent
environ 70 % de matières volatiles. Extrêmement putrescibles, elles doivent être rapidement
traitées. Le volume journalier de boues primaires est de l’ordre de 0,5 % du débit d’eau. Le
SIAAP traite environ 2,5 millions de m3/j et génère donc approximativement 12 500 m3 de
boues primaires quotidiennement. Ces dernières présentent un fort potentiel de valorisation
agronomique et énergétique, via le biogaz.
• Décantation lamellaire
De conception plus moderne, la décantation lamellaire est basée sur l’augmentation de la surface
de séparation solide-liquide par la mise en place, dans le bassin de décantation, de fines plaques
inclinées et disposées en parallèle. Elle combine trois avantages (figure 10) :
- la hauteur de chute des particules est réduite ;
- la surface de décantation est accrue ;
- l’inclinaison des lamelles permet le glissement accéléré des particules vers le fond du bassin.
Il existe des décanteurs lamellaires à plaques parallèles ou à tubes, inclinés à 60°. Une distance
minimale entre les lamelles doit être respectée pour éviter le colmatage. Outre un temps de passage
des eaux usées 6 à 20 fois plus court qu’avec un décanteur classique, le décanteur lamellaire offre
l’avantage d’un encombrement réduit25 pour des rendements épuratoires et des débits traités
équivalents.
Particule
décantable
Particule
décantable
Particules
décantées
Particules
décantées
© SIAAP
Figure 10 : Décantation lamellaire à plaque
a. Hauteur de chute de surfaces horizontale et oblique
© Degrémont (Densadeg)
b. Décanteur lamellaire
Avec un décanteur classique ou lamellaire, le pourcentage de matières en suspension éliminées est
de 50 à 65 %, celui de la DBO5 éliminée est de 20 à 35 %, avec des coûts de fonctionnement faibles.
25/ Guide technique de l’assainissement, voir note n°18.
32
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2/ DÉCANTATION PHYSICO-CHIMIQUE
La décantation physique telle qu’elle vient d’être décrite ne permet pas de traiter les particules les
plus fines, les colloïdes, dont le diamètre est compris entre 3 et 200 nm. En effet, les colloïdes ne
décantent pas spontanément et cela pour deux raisons : leurs vitesses de chute sont trop faibles
et ils sont chargés négativement, ce qui engendre des forces de répulsion entre les particules. La
décantation simultanée des colloïdes avec les MES est rendue possible par l’ajout de produits
chimiques qui neutralisent ces charges et alourdissent l’amas, d’où le terme de décantation
“physico-chimique”, cette dernière comprend trois étapes.
• Coagulation
La coagulation permet la suppression des forces de répulsion électrostatiques par un ajout de
sels métalliques, dont les cations (Al3+ ou Fe3+) vont neutraliser les colloïdes chargés négativement
et permettre l’agglomération des particules les plus fines, c’est la formation du floc. Un coagulant
couramment utilisé est le chlorure ferrique (FeCl3) en solution (il existe aussi des coagulants de
synthèse, mais ils sont très onéreux). Ce réactif est ajouté dans une cuve en amont de la décantation
(figure 11). Une agitation rapide permet d’homogénéiser sa concentration en réactif dans le
flux à traiter. Si le but de la coagulation par les sels de fer est d’éliminer les MES et les matières
colloïdales, elle prend aussi en charge une partie du phosphore dissous, qui, par réaction avec les
sels métalliques, passe sous forme insoluble et décantable.
• Floculation
Un floculant est introduit pour jouer le rôle de liant entre les flocs. Ceux-ci s’agglomèrent en
flocons de plus en plus volumineux et ils s’alourdissent. Ils ont alors une masse et donc une vitesse
de chute suffisamment importantes pour permettre leur décantation rapide. Le floculant, appelé
“polymère”, peut être organique (alginates de sodium, amidons) ou de synthèse. La floculation se
fait dans une cuve à agitation lente, afin d’uniformiser le réactif dans l’effluent à traiter tout en évitant
la destruction des flocs formés.
• Décantation
Une fois ces deux phases de traitement chimique effectuées, l’effluent est conduit dans un décanteur,
généralement lamellaire, au fond duquel les flocs formés vont se déposer, puis en être extraits.
Coagulation
Chlorure ferrique
Floculation
Décantation lamellaire
Eau
décantée
primaire
Polymère
Eau prétraitée
Pont racleur
Extraction des boues primaires
© SIAAP
Figure 11 : Décantation physico-chimique
33
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Ce type de décantation permet d’atteindre une meilleure rétention des MES (près de 80 %) avec des
ouvrages plus compacts. Il permet également d’éliminer les orthophosphates. Cependant, les coûts
d’exploitation sont plus élevés en raison de l’utilisation de produits chimiques. Il existe une grande
variété de technologies de décanteurs basées sur ces principes, avec différents sens de circulation
du fluide, des formes différentes de lamelles, l’ajout de micro-sable, la recirculation des boues, etc.
La décantation physico-chimique est utilisée en amont des traitements secondaires ne supportant
pas les fortes charges en matières en suspension, notamment les biofiltres.
LES BONS GESTES POUR LE BON FONCTIONNEMENT D’UNE STATION D’ÉPURATION
Il est recommandé d’éviter de jeter des restes alimentaires dans les éviers (pâtes, légumes, etc.)
pour ne pas surcharger le traitement primaire. L’utilisation de broyeurs d’évier pour les déchets
organiques est d’ailleurs interdite en France26.
Il est préférable de récupérer cette matière organique et de la composter quand cela est possible
ou de la jeter avec les ordures ménagères.
26/ L’article R1331-2 du Code de la santé publique indique qu’il est interdit d’introduire des déchets solides dans les systèmes de collecte des eaux usées, y compris après broyage.
34
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
C. TRAITEMENTS SECONDAIRES
Ils ont pour fonction d’éliminer les matières dissoutes, c’est-à-dire les composés organiques ou
minéraux solubles dans l’eau. Ils sont basés sur des mécanismes biologiques développés par
certains micro-organismes. Ces derniers peuplent tous les milieux de la planète et participent
activement à l’équilibre des écosystèmes. Ils assurent notamment la dégradation de la matière
organique en matière minérale, assimilable par les végétaux. Ainsi, lors d’une pollution, les microorganismes présents naturellement dans les rivières prolifèrent et sont capables de dégrader
les différentes pollutions dissoutes en les utilisant pour leur propre croissance. C’est le principe
d’autoépuration d’un cours d’eau, reproduit à grande échelle par les hommes dans le cadre de
l’épuration biologique des eaux usées.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> L’autoépuration
• Les micro-organismes et l’épuration des eaux usées
Regroupant une très grande diversité d’espèces, les micro-organismes possèdent des spécificités
propres et, corrélativement, des capacités distinctes d’épuration des eaux. Quatre groupes sont
impliqués dans l’épuration des eaux usées.
Les bactéries
Organismes unicellulaires dont la taille est de l’ordre de 1 µm, les bactéries consomment les matières
minérales et organiques constituant la pollution. Elles se reproduisent par division binaire. Chaque
cellule mère se divise en deux cellules filles strictement identiques (clones). Dans des conditions
optimales, la croissance d’une culture est exponentielle. À titre d’exemple, la population de la bactérie
Escherichia coli peut doubler toutes les vingt minutes. Au
bout de huit heures, elle compte 224 cellules (16 777 216),
Bactérie filamenteuse
soit le nombre d’habitants de la mégapole Osaka-KyotoKobé. Le temps que met une population pour doubler, le
Liquide interstitiel
temps de génération, est un paramètre important pour le
traitement des eaux. Il varie en fonction des espèces et des
Bactéries libres
conditions environnementales considérées. Les bactéries
(figure 12) constituent le principal groupe impliqué dans
l’épuration des eaux, à la fois du fait de leur forte présence
dans les eaux usées et les matières fécales (un gramme
de fèces contient 1012 bactéries)27 et de leur capacité à
dégrader les pollutions.
Figure 12 : Bactéries (Boue activée observée au microscope optique
à contraste de phase (x 200))
Les protozoaires
Ce sont des organismes unicellulaires de taille plus
importante que celle des bactéries (entre 10 et 300 µm).
Leur croissance est plus lente. Leur morphologie est plus
différenciée : certains possèdent des cils (ciliés), d’autres
des flagelles (flagellés), ou encore des pseudo-pieds
(rhizopodes). Les protozoaires (figure 13) se nourrissent
de matière organique (ils sont organotrophes) et de
bactéries libres ou fixées. Ils vont donc participer à la
dépollution de l’eau et à sa clarification.
Ciliature apicale
Nucleus
(noyau)
Zoïde
(corps cellulaire)
Pédoncule
(pied)
Figure 13 : Protozoaires ciliés – bouquet de Péritriches
(Vorticella sp.) (Eau de lavage des biofiltres de la Nit de Seine aval
observée au microscope optique à contraste de phase (x 200))
27/ Agence française de sécurité sanitaire et alimentaire (AFSSA), intervention sur la microbiologie dans le cadre du séminaire Sureté, innovation et maîtrise de l’énergie dans les procédés et
les équipements frigorifiques (Simfri), O. Firmesse, 2007.
35
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Plaque cuticulaire
Orteils
Les métazoaires
Organismes pluricellulaires, les métazoaires se
nourrissent de bactéries et de protozoaires. Ils
participent donc, par leur rôle de prédateur, à
l’équilibre des différentes populations composant
les biomasses impliquées dans l’épuration des
eaux.
Figure 14 : Vers métazoaire - Rotifère (Lecane sp.)
(Eau de lavage des biofiltres de la Nit de Seine aval observée
au microscope optique à contraste de phase (x 200))
Les virus
D’une taille comprise entre 20 à 200 nm, les virus ne dégradent pas les pollutions, mais participent
néanmoins à l’épuration des eaux usées. Ce sont des parasites. Ils ont besoin d’une cellule hôte
pour survivre et se multiplier. Lorsqu’ils quittent leur hôte, ils provoquent sa destruction, c’est le
phénomène de lyse. Les virus des bactéries, appelés “bactériophages”, sont le plus fréquemment
retrouvés dans les excréments, le sol et les eaux usées. Ils sont impliqués dans la régulation des
populations bactériennes (clarification) des eaux en provoquant une mortalité non négligeable.
Pour aller plus loin :
GÉOGRAPHIE
> Les micro-organismes responsables
des maladies hydriques
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Les micro-organismes des eaux
douces franciliennes
Parmi tous ces micro-organismes épurateurs, ce sont essentiellement les bactéries qui assurent
l’épuration des pollutions. Les autres micro-organismes ont davantage un rôle de régulation des
populations bactériennes.
• Les réactions de dégradation des pollutions dissoutes
Les bactéries épuratrices préexistent dans le réseau d’égouts et sont véhiculées jusqu’aux stations
d’épuration. Ce sont les conditions environnementales (concentration en dioxygène dissous,
température, potentiel redox, lumière, pH, etc.) et les paramètres de dimensionnement (temps de
séjour, âge des boues) maintenus par l’épurateur dans chaque bassin qui permettent de sélectionner
les populations adaptées à chaque type de pollution. La présence ou non d’oxygène détermine
trois types de milieux :
- aérobie : milieu aéré, présence d’oxygène, le plus souvent par aération forcée ;
- anoxie : pas d’aération, les nitrates constituent la seule source d’oxygène pour certaines bactéries ;
- anaérobie : pas d’oxygène dissous, ni de nitrates.
Comme cela a été présenté pages 17 et 18, les matières dissoutes peuvent être décrites selon une
typologie regroupant trois catégories principales : les pollutions carbonées, azotées et phosphorées.
À l’origine et dans leur configuration de base, les traitements secondaires ont essentiellement été
employés pour éliminer les composés carbonés. En effet, vers la fin des années 1960, la qualité de
l’eau étant catastrophique (il y avait ainsi dans la Seine une zone sans oxygène dissous, de Paris
jusqu’à plus de 50 km en aval), il était urgent et prioritaire de traiter ce type de pollution.
36
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
À la fin des années 1980, les procédés ont été progressivement modifiés et/ou complétés pour traiter
par voie biologique les composés azotés. Plus tard, d’autres avancées ont permis le traitement des
composés phosphorés. Ces dernières années, la modernisation des usines s’est accélérée sous
l’impulsion de la réglementation européenne, plus précisément par la Directive eaux résiduaires
urbaines (DERU) qui exige des rendements d’élimination des pollutions dans certains secteurs
géographiques caractérisés comme sensibles (voir encadré suivant).
Traiter l’azote et le phosphore dans les zones sensibles
Le traitement de l’azote et du phosphore par les stations d’épuration n’est pas obligatoire, sauf
dans des zones particulières, décrites comme sensibles par la DERU publiée en 1991 (encadré sur
la DERU page 10). Trois catégories de zones sensibles sont définies28 :
• les masses d’eau (douce ou côtière) victimes ou menacées d’eutrophisation à brève échéance ;
• les eaux douces de surface destinées au captage d’eau potable et qui pourraient contenir
une concentration de nitrates supérieure à la norme admise ;
• les zones pour lesquelles un traitement complémentaire est nécessaire.
Les stations d’épuration rejetant dans ces zones doivent donc mettre en place des traitements
adaptés en particulier pour les pollutions azotées et phosphorées dans les stations d’épuration
de plus de 10 000 EH (figure 15) pour se conformer aux normes de rejet29.
Capacité de station d’épuration (EH)
entre 10 000 et 100 000
supérieur à 100 000
Paramètre
Concentration
Rendement d’élimination
Phosphore total
2 (mg/l)
80 %
Azote total
15 (mg/l)
70 %
Phosphore total
1 (mg/l)
80 %
Azote total
10 (mg/l)
70 %
Figure 15 : Prescriptions relatives aux rejets des stations d’épuration en zone sensible
En 2004, la Cour de justice des Communautés européennes (aujourd’hui Cour de justice de
l’Union européenne) a engagé une procédure contre la France, jugeant que la liste des zones
sensibles que cette dernière avait établie n’était pas suffisamment complète. Fin 2005, la
France a donc requalifié en zones sensibles des pans entiers de son territoire : la totalité du
bassin hydrographique de la Seine par exemple. Toutes les stations d’épuration de la région
parisienne, dont les usines du SIAAP, ont donc été concernées par cette mesure. Le SIAAP
a alors lancé des travaux de grande envergure dans ses installations les plus anciennes afin
d’atteindre les rendements épuratoires exigés (voir encadré VI. D. page 80).
Les réactions biochimiques permettant la dégradation des pollutions carbonées, azotées et
phosphorées sont présentées ci-dessous.
La pollution carbonée
L’élimination de la pollution carbonée est réalisée par des bactéries hétérotrophes. Ces dernières
utilisent le carbone organique à la fois comme source d’énergie et pour la synthèse cellulaire.
Elles se caractérisent par des temps de reproduction courts, de l’ordre de vingt minutes. Leur
développement est favorisé par la présence de deux facteurs :
- des substrats carbonés biodégradables (sucres, graisses, protéines) mesurés par la DBO5 ;
- de l’oxygène apporté par une aération forcée (aérobie) ou sous forme liée (anoxie, présence de nitrates).
La matière organique est transformée en dioxyde de carbone (CO2), en eau (H2O) et en nouvelles
bactéries épuratrices (les boues en excès).
28/ Agence de l’eau Seine-Normandie : http://www.eau-seine-normandie.fr/index.php?id=4444
29/ Description dans l’arrêté du 22/06/2007.
30/ Carte des zones sensibles : http://assainissement.developpement-durable.gouv.fr/recueil/02_Plan_Borloo/01_plan_action_eru_internet.pdf page 10.
37
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
La pollution azotée
Un rejet d’azote réduit dans un cours d’eau entraîne une importante consommation d’oxygène, un
peu plus de 4 mg d’oxygène par mg d’azote. Pour éviter à la rivière cette consommation d’oxygène,
supprimer les risques de toxicité de l’ammoniac et limiter la production de nitrates, il faut éliminer ces
molécules, ce qui nécessite des réactions d’oxydo-réduction successives (nitrification, dénitrification).
- La nitrification est un processus en deux étapes (nitritation et nitratation) permettant la
transformation de l’azote ammoniacal en nitrates. Elle est contrôlée par l’action de bactéries
autotrophes aérobies qui utilisent l’oxydation de leur substrat (l’azote ammoniacal) comme seule
source d’énergie et le gaz carbonique comme source exclusive de carbone. Elles se caractérisent
par des temps de reproduction très long, de l’ordre de vingt-quatre heures, et leur activité est
ralentie aux plus faibles températures. La nitritation est effectuée par des bactéries nitreuses
(Nitrosomonas, Nitrosococcus et Nitrospira), la nitratation est assurée par des bactéries nitratantes
(Nitrobacter). La nitrification conduit d’abord à l’oxydation des ions ammonium (NH4+) en nitrite,
c’est la nitritation, puis à l’oxydation du nitrite en nitrate (NO3-), c’est la nitratation.
- nitritation : NH4+ + 3/2 O2
>
NO2- + 2H+ + H2O
- nitratation : NO2- + 1/2 O2
>
NO3-
Le développement de ces bactéries est favorisé par la présence de deux facteurs :
- l’ammonium ;
- l’oxygène apporté par une aération forcée.
- La dénitrification est un processus au cours duquel de nombreux types de bactéries
hétérotrophes utilisent les nitrates comme source d’oxygène pour oxyder la matière organique.
Au cours du processus, les nitrates sont progressivement réduits, le terme final étant du diazote,
gaz inoffensif composant 79 % de l’air que nous respirons.
NO3- >
NO2-
>
NO
>
N2O
>
N2
La dénitrification se déroule en anoxie – c’est-à-dire un milieu dans lequel une concentration en
oxygène dissous nulle est maintenue – en amont du traitement du carbone avec une recirculation
des nitrates, et/ou en aval de la nitrification si l’on ajoute du carbone provenant d’une source
exogène, comme le méthanol. Moyennant un dimensionnement adapté, la nitrification et la
dénitrification peuvent être réalisées simultanément.
La pollution phosphorée
L’élimination de la pollution phosphorée peut être obtenue par des bactéries, notamment du genre
Acinetobacter. Elles sont capables d’assimiler de grandes quantités d’orthophosphates, une forme
minérale dissoute de phosphates, quand, après une période de privation, on les remet en présence
d’oxygène. L’alternance des phases aérobie et anaérobie, souvent séparées dans l’espace (dans
deux bassins différents), entraîne un stress qui conduit à une surassimilation de phosphore par les
bactéries ce qui permet une diminution globale des phosphates dans l’eau. Le phosphore accumulé
dans les corps cellulaires bactériens est extrait avec la biomasse des boues en excès.
38
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
• Les procédés de traitements biologiques
Les procédés biologiques peuvent être regroupés en deux classes : naturels et artificiels.
- Les procédés biologiques naturels reposent sur une épuration par le sol, associée parfois à de
la végétation (épandage sur le sol, bassin de lagunage, filtres plantés de roseaux). Ces techniques
extensives sont peu utilisées en France sur des ouvrages de grande capacité, du fait notamment
des surfaces importantes qu’elles nécessitent. Ces procédés biologiques naturels ne sont pas mis
en œuvre par le SIAAP et ne sont donc pas développés dans ce livret.
- Afin de parfaire l’épuration biologique, d’accélérer les processus et de réduire l’emprise foncière, des
procédés biologiques artificiels ont été développés. Ils peuvent être classés en deux grandes catégories
en fonction du mode de culture des bactéries, celles-ci peuvent libres ou fixées sur un support.
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
> L’expérimentation de l’épandage agricole
au XIXe siècle et le choix de l’épuration biologique
Relation entre la charge entrante et l’épuration biologique
Pour un réacteur biologique donné, la population bactérienne présente dépend de la quantité de
pollution carbonée introduite par jour.
• Si on introduit beaucoup de pollution carbonée, on produit beaucoup de boues en excès ; il faut
alors les extraire chaque jour. Seules les bactéries hétérotrophes ont le temps de se reproduire
et elles n’éliminent que la pollution carbonée.
• Si on introduit peu de pollution carbonée par jour, on produit peu de boues en excès ; cellesci vont donc rester longtemps dans le bassin (l’âge des boues augmente). Les bactéries
autotrophes, dont le temps de régénération est plus long que celui des hétérotrophes, ont le
temps de se reproduire, permettant ainsi d’éliminer l’azote.
Selon les cas, les ouvrages biologiques peuvent présenter une seule zone (aérée, permettant
l’élimination de la seule DBO5) ou plusieurs zones (aérée, anoxique, voire anaérobie, pour éliminer
aussi azote et phosphore).
1/ CULTURES LIBRES
Le principe d’une culture libre repose sur la constatation suivante : une eau résiduaire dans laquelle on
fait passer de l’air voit apparaître une flore bactérienne qui, progressivement se développe au détriment
des matières organiques polluantes. Dans des conditions idéales d’aération, ces micro-organismes se
multiplient, secrètent des exopolymères et s’agglomèrent en petits flocons qui se déposent lorsqu’on
arrête l’aération ; cette masse est appelée “floc bactérien” (figure 16). Cette
Liquide interstitiel (eau en cours
structure est capable d’absorber et de stocker les particules non directement
d’épuration entre les flocs)
assimilables, puis par l’attaque d’enzymes bactériens de les couper en morceaux
de plus en plus petits jusqu’à l’obtention d’un substrat assimilable par la bactérie.
Progressivement, des protozoaires puis des métazoaires s’intègrent dans les flocs.
Cette structure présente un second avantage : la biomasse ainsi regroupée sur des
Floc sain
flocons est suffisamment dense et lourde pour décanter naturellement.
Figure 16 : Floc bactérien
(Boue activée observée au microscope optique à contraste de phase (x 200))
© SIAAP
39
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
La technique en culture libre la plus courante est appelée “boues activées”. Il existe plusieurs
variantes de ce procédé d’épuration, deux sont présentées dans ce livret (voir encadré sur les
réacteurs biologiques séquentiels p. 41 et encadré sur les bioréacteurs à membranes p. 46).
Les boues activées
Depuis sa création en 1914, la technique des boues activées a connu le plus grand développement.
La majorité des stations d’épuration françaises utilisent ce procédé. Dans la configuration la
plus simple, l’objectif est d’éliminer de la pollution carbonée. Schématiquement, le processus
se décompose en deux phases successives et nécessite deux bassins (figure 17).
• Le réacteur biologique ou bassin d’aération
C’est un bassin d’épuration alimenté en continu dans lequel l’eau à épurer est mise en présence
de colonies bactériennes hétérotrophes et d’oxygène. Le temps de séjour global dans ce
type d’ouvrage varie de deux heures à plus de vingt-quatre heures. La diffusion d’air permet
d’assurer deux fonctions : l’oxygénation nécessaire à la croissance des bactéries et le brassage
des flocs bactériens qui sont ainsi maintenus en suspension. Dans la plupart des cas, l’injection
d’air comprimé se fait depuis le fond du bassin par des turbines et des brosses, et entraîne la
formation de bulles d’air dans l’eau (c’est le cas au SIAAP) ; parfois elle est réalisée en surface.
• Le décanteur secondaire ou clarificateur
Dans le décanteur secondaire, les flocs bactériens décantent, libérant ainsi l’eau épurée, c’est
la clarification. Les boues secondaires ou biologiques obtenues sont ensuite renvoyées dans
le bassin d’aération afin de conserver et de réutiliser la biomasse épuratrice, tandis que l’eau
épurée est évacuée par surverse pour rejoindre le plus souvent le milieu naturel. Régulièrement,
une partie des boues provenant de la croissance bactérienne (boues en excès) est extraite et
transférée vers la filière de traitement des boues pour maintenir une population constante.
Les procédés par boues activées présentent certains inconvénients, liés notamment à
l’incompatibilité de la vie des micro-organismes avec certains effluents – ceux contenant des
produits chimiques par exemple. Par ailleurs, l’emprise au sol des bassins d’aération et des
clarificateurs est importante car les ouvrages sont volumineux. Cependant, cette technique
bénéficie de coûts d’investissement et d’entretien raisonnables31. Les ouvrages sont en outre
faciles à piloter et sont plus résistants que les biofiltres.
Eau décantée
primaire
Clarificateur Eau
épurée
Bassin d’aération
Bactéries
Système d’oxygénation
Recirculation des boues activées
Extraction
des boues activées
en excès
© SIAAP
Figure 17 : Épuration biologique par boues activées
a. Schéma de fonctionnement
b. Bassins d’aération (Seine aval)
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
31/ Guide technique de l’assainissement, voir note n°18.
40
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Les réacteurs biologiques séquentiels
Plus connu sous son acronyme anglophone SBR (Sequencing Batch Reactor), le procédé des
réacteurs biologiques séquentiels est plus utilisé en assainissement industriel qu’en assainissement
collectif. Ce procédé permet de réaliser toutes les étapes dans un seul bassin par alternance de
six séquences différentes (figure 18). L’ensemble des séquences dure de quatre à douze heures.
• Remplissage : alimentation du bassin en eau usée.
• Mélange : aération et brassage.
• Traitement biologique : élimination des pollutions dissoutes.
• Décantation : clarification par décantation des matières en suspension.
• Vidange : évacuation de l’eau traitée.
• Repos : repos du milieu bactérien et extraction des boues en excès.
Eau à
traiter
Vanne
fermée
Mélange
Eau
traitée
Boues
activées
Aération
Phase de
remplissage
Phase de
mélange
Figure 18 : Réacteur biologique séquentiel
Phase de
traitement
biologique
Phase de
décantation
Phase
de vidange
Phase
de repos
© SIAAP
2/ CULTURES FIXÉES
Les procédés par cultures fixées sont dérivées d’une intensification des processus naturels
d’épuration par le sol, où les bactéries adhèrent sur des supports. L’utilisation du principe de fixation
des bactéries remonte au XIXe siècle, à l’époque où on irrigait les champs d’épandage avec les eaux
usées brutes. Les procédés par cultures fixées ont connu un premier développement au début du
XXe siècle avec l’épuration sur sol artificiel (les lits bactériens, encadré p. 42). À la fin du XXe siècle,
deux contraintes ont conduit à leur renouveau : d’une part, des objectifs de qualité des rejets de
plus en plus stricts et, d’autre part, des extensions des capacités des stations d’épuration en zone
urbaine dense, donc avec peu de superficie disponible.
Le principe des cultures fixées consiste à faire percoler l’eau à traiter à travers un matériau support
sur lequel se développent spontanément des micro-organismes. La biomasse se fixe grâce à
un exopolymère, puis forme progressivement une couche appelée “biofilm”. La production de
nouvelles cellules bactériennes augmente l’épaisseur de ce dernier. L’oxygène et les matières
dissoutes diffusent à travers celui-ci. Les strates les plus profondes ne contiennent plus d’oxygène.
Bactéries aérobies et anaérobies se répartissent de fait sur l’épaisseur du biofilm. En concentrant
ainsi la biomasse active, il est possible de traiter des volumes plus importants. Par ailleurs on
distingue des techniques anciennes plus rudimentaires (lits bactériens, disques biologiques), et
d’autres modernes et plus performantes (biofiltres).
41
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Les lits bactériens
Le principe de fonctionnement des lits bactériens, aussi dénommés “filtres percolateurs” ou
“filtres ruisselants”, consiste, grâce à un distributeur rotatif (sprinkler), à faire ruisseler en continu
les eaux à épurer sur des matériaux poreux servant de support aux micro-organismes (figure 19).
Ces matériaux peuvent être minéraux (des cailloux ou de la roche volcanique telle la pouzzolane)
ou synthétiques. Le film biologique formé par les bactéries se décroche au fur et à mesure que
l’eau percole, assurant ainsi un autocurage du système. Un décanteur secondaire complète cette
installation pour séparer l’eau clarifiée des boues produites. Les nombreux inconvénients de ce
procédé - faibles rendements, fréquents colmatages, nuisances olfactives - ne compensent pas
suffisamment ses avantages, dont un faible coût de fonctionnement. Très prisé dans les années
1960-1970, l’emploi de ce procédé est devenu très minoritaire en France. On peut toutefois
le trouver pour assurer une étape particulière du traitement. En agglomération parisienne, les
stations d’épuration du SIAAP n’utilisent plus de lits bactériens depuis 2009.
Sprinkler
Matériau
de garnissage
Orifice
d’aération
Eau décantée
Caillebotis
Caniveau de récupération
des eaux traitées
Figure 19 : Lit bactérien
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP
b. Système d’arrosage d’un lit bactérien
(Marne aval, plus en activité)
© SIAAP
Les biofiltres
La biofiltration est un procédé par cultures fixées très intensif, particulièrement adapté aux
zones urbaines denses. L’élément central du biofiltre est une couche plus ou moins épaisse (de 2
à 4 mètres) de matériau granulaire fin de quelques millimètres (billes d’argile ou de polystyrène,
pouzzolane, sable, charbon actif), appelée “lit filtrant”, à travers laquelle l’eau à traiter est
injectée en courant ascendant ou descendant (figure 20). Dans ce procédé, l’élimination de la
pollution est accomplie par l’association de deux effets :
• l’effet physique de filtration : les matières particulaires s’accumulent à la surface des grains
du matériau filtrant au fur et à mesure qu’ils traversent le lit ;
• l’effet biologique de dégradation : un biofilm constitué de micro-organismes se développe
à la surface des billes (figure 20b) et permet l’élimination de la pollution dissoute. La surface
d’échange entre l’eau et le biofilm est ici très supérieure à celle des procédés évoqués
précédemment32.
Selon les objectifs de traitement, les biofiltres peuvent être équipés d’une insufflation d’air
(aérobie pour le traitement de la pollution carbonée et la nitrification) ou pas (anoxie pour la
dénitrification). Le principal inconvénient de la biofiltration est qu’il faut périodiquement laver
les biofiltres pour éviter leur colmatage par un excès de matières accumulées ou un excès de
32/ Mémento technique de l’eau, voir note n°20
42
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
croissance de la biomasse. De plus, les coûts d’investissement et d’entretien sont élevés. Au
nombre des avantages, on compte la compacité des ouvrages, l’absence de nuisances grâce
à la couverture des ouvrages, et la souplesse par rapport aux charges appliquées. Les biofiltres
requièrent une alimentation en eau faiblement chargée en MES (pour permettre la décantation
physico-chimique) et une exploitation fine pour s’adapter aux variations horaires de charge.
Le temps de séjour global de l’eau dans de tels ouvrages est de l’ordre de une à deux heures.
Élimination de la pollution azotée
Élimination de la
pollution carbonée
Eau
décantée
primaire
Rampe
d’aération
Bactéries
hétérotrophes
(aérobie)
(ammonium)
Nitrification
Bactéries
autotrophes
(aérobie)
(nitrates)
Dénitrification
Rampe
d’aération
Lit
Filtrant
Bactéries
hétérotrophes
(anoxie)
© SIAAP
Figure 20 : Épuration biologique par biofiltration
a. Schéma de fonctionnement
b. Matériaux de biofiltration :
Biostyrene ® - OTV ; Biolite ® - Degrémont
© SIAAP
LES BONS GESTES POUR LE BON FONCTIONNEMENT D’UNE STATION D’ÉPURATION
Afin de ne pas dégrader la biomasse épuratrice du traitement secondaire, il est préconisé de ne
pas jeter de produits chimiques avec les eaux usées. Les produits pharmaceutiques doivent être
rapportés dans les pharmacies et les autres produits chimiques – notamment ceux utilisés pour le
bricolage (caustiques, solvants, peintures, colles, décapants, etc.) – doivent être déposés dans les
déchetteries.
Il est également recommandé de ne pas surdoser les produits d’hygiène et les détergents, et de
choisir des produits ayant un impact réduit sur l’environnement (écolabels).
Dans le jardin, il est important de ne pas épandre de produits phytosanitaires (pesticides) à proximité
du réseau d’égouts ; ils y seraient conduits par la pluie.
Les procédés d’épuration biologique sont également utilisés pour l’assainissement non collectif.
Selon la nature du sol et différents paramètres (tels que le taux d’humidité), le procédé varie33.
Toutefois, l’assainissement collectif étant très largement majoritaire en agglomération parisienne,
cette thématique ne sera pas traitée dans ce livret.
33/ Service d’assistance technique pour l’épuration et le suivi des eaux (Satese) d’Indre-et-Loire : www.satese37.fr
43
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
D. TRAITEMENTS TERTIAIRES
Un traitement plus poussé peut être requis lorsque les eaux traitées sont rejetées dans une zone
sensible (tel que défini par la DERU, voir encadré page 37) ou destinées à un usage particulier : zone
de baignade, zone conchylicole, prise d’eau pour l’adduction d’eau potable à proximité, irrigation
agricole, besoins urbains (arrosage, fontaines publiques), usage industriel (refroidissement). On
parle alors de “recyclage de l’eau” ou de “réutilisation des eaux usées épurées” (REUE, re-use en
anglais). Ces techniques sont notamment utilisées dans les régions du monde où il existe de fortes
pénuries d’eau. Extrêmement onéreuses, elles sont peu développées en France.
Un traitement tertiaire consiste par exemple à éliminer le phosphore résiduel ou les micropolluants
biologiques (micro-organismes) ou chimiques (molécules) encore présents dans les eaux traitées et
qui menacent ou interdisent les usages envisagés. Dans le cas des micropolluants biologiques, on
parle de “désinfection” de l’eau lorsqu’il s’agit d’en diminuer la charge bactérienne et virale.
Les techniques employées, souvent issues des traitements de potabilisation, peuvent être physiques
(tamisage, microfiltration, adsorption sur charbon actif, membranes, rayonnement ultraviolet),
chimiques (chlore, ozone, chaux, floculation) ou biologiques (lagunage, boues activées, rejet dans
le sol).
Pour aller plus loin :
GÉOGRAPHIE
> Épuration différenciée en Australie,
gestion intégrée à Singapour
1/ DÉPHOSPHATATION TERTIAIRE
Lorsque les normes de rejet en phosphore ne sont pas atteintes après les traitements secondaires,
une déphosphatation physico-chimique est réalisée par ajout de sel de fer (chlorure ferrique). Cela
se fait soit en recirculant une portion d’eau après traitement biologique vers la décantation primaire
physico-chimique, soit au sein d’une unité spécifique de clarifloculation. Dans les deux cas, il se
crée une réaction de précipitation du chlorure ferrique avec les phosphates sous la forme d’un
phosphate de fer. Ce précipité est piégé avec les boues primaires dans le premier cas, séparé de
l’eau par décantation de type lamellaire dans le second cas.
2/ DÉSINFECTION ULTRAVIOLET
Les eaux circulent dans des canaux où elles sont irradiées par des lampes UV à basse, moyenne
ou forte pression (figure 21). Les rayonnements UV émettant à une longueur d’onde comprise
entre 100 et 400 nm, présentent des pouvoirs germicides. Les UV-C, entre 200 et 280 nm sont
particulièrement efficaces (figure 22). Cependant, la sensibilité des
micro-organismes diffère selon les espèces : certains virus (tels
Rotavirus et Poliovirus) sont trois à quatre fois plus résistants que
les bactéries comme Escherichia coli, les bactéries sporulées le
sont dix fois plus et les kystes de protozoaires quinze fois plus. La
désinfection ultraviolet technique est utilisée par le SIAAP dans l’une
de ses usines d’épuration : Marne aval.
Figure 21 : Chambre d’irradiation par UV (Marne aval)
© SIAAP
100
200
254
280
UVc
Formation
d’ozone
Pic de l’effet
germicide
Figure 22 : Radiations UV en fonction de la longueur d’onde (nm)
44
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
315
UVb
Effet anti
rachitique
400
UVa
Effet de
pigmentation
© SIAAP
3/ MEMBRANES
Issues de l’industrie agroalimentaire, les membranes ont fait une percée considérable dans le
domaine du traitement de l’eau potable et du dessalement. L’eau traverse une membrane et en
ressort sans les molécules qui ont été arrêtées par les pores. Ces molécules se retrouvent dans une
solution appelée “rétentat” ou “concentrat”, tandis que l’eau clarifiée constitue le “perméat”.
Les membranes peuvent être céramiques ou organiques, et de quatre types : tubulaires, à fibres
creuses, spiralées ou à plaques. Elles sont définies par leur seuil de coupure, exprimé en Dalton (g/
mol) sur des molécules-étalon34. Selon la taille des pores va de plusieurs milliers de nanomètres à
moins d’un nanomètre, on distingue ainsi les membranes de microfiltration, d’ultrafiltration, de
nanofiltration et d’osmose inverse (figure 23).
En épuration des eaux usées, le couplage du traitement biologique (procédé des boues activées)
avec un procédé de séparation par membranes constitue une solution intéressante lorsque des
contraintes réglementaires très strictes sont imposées. Dans ce procédé, la clarification est
assurée par des membranes. Il n’y a pas de traitement tertiaire à proprement parler, même si les
performances sont comparables puisque les bactéries et des molécules peu ou pas biodégradables
sont également retenues.
Dans l’usine Seine Morée du SIAAP, les membranes d’ultrafiltration couplées à une boue activée
permettent d’assurer l’épuration biologique et de délivrer une eau épurée compatible avec la
réouverture de la Morée, rivière dans laquelle sont rejetées les eaux (objet du zoom de la fiche
Seine Morée page 74).
MICROFILTRATION
ULTRAFILTRATION
NANOFILTRATION
FILTRATION CONVENTIONNELLE
OSMOSE INVERSE
Cheveu
Émulsion d’huile
Bactéries
Colloïdes
Pigments
Protéines
Antibiotiques
Virus
Ions
0,1
1
10
102
103
104
105
nm
© SIAAP
Figure 23 : Domaines de séparation des techniques membranaires à gradient de pression
34/ http://forums.futura-sciences.com/technologies/100028-separation-membranes.html
45
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Les bioréacteurs à membranes
Dans le procédé des boues activées à séparation membranaire, les membranes sont le plus
souvent installées dans un bassin séparé du réacteur biologique, ce qui permet une exploitation
plus souple qui facilite l’entretien des membranes, leur lavage, etc. C’est ainsi que fonctionnent
les bioréacteurs à membranes (figure 24). Ces derniers présentent l’avantage d’un important
gain de place mais ils sont coûteux, notamment sur le plan énergétique. La nécessaire protection
des membranes, sensibles aux matières en suspension, requiert en amont un prétraitement plus
poussé, avec notamment un tamisage de l’ordre de 1 mm.
Réacteur
biologique
Espace de séparation
membranaire
Entrée des
eaux usées
Sortie de
l’eau filtrée
(perméat)
Injection
d’eau
lors du
retrolavage
Injection
d’air
Système
Cassette
d’oxygénation membranaire
Sortie des boues en excès
© SIAAP
Figure 24 : Bioréacteur à membrane
a. Schéma de fonctionnement
© Degrémont (Ultrafor)
b. Cassette membranaire
Dans le cadre de la refonte de Seine aval (voir fiche Seine aval page 69), la majeure partie de l’eau
sera traitée par biofiltration. Toutefois, 200 000 à 250 000 m3/jour seront traités par boues activées
à séparation membranaire. Ce dispositif permettra d’assurer la production d’eau industrielle de
grande qualité et de contribuer à l’obtention d’un effluent global répondant à des critères très
stricts dans l’optique du respect de la Directive cadre sur l’eau (encadré réglementaire page 11).
4/ MICROPOLLUANTS
Dans les stations conventionnelles de traitement des eaux usées, l’élimination des micropolluants
n’est pas imposée par la réglementation, elle n’est donc réalisée que partiellement. Toutefois, dans
l’optique de réduire leur apport dans les eaux de surface et leur impact sur la biodiversité aquatique
et potentiellement sur la santé humaine, ils peuvent en effet être toxiques à très faible concentration,
des essais de traitements avancés sont en cours de développement, notamment en Suisse.
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
> Micropolluants dans l’environnement
et toxicité
En 2009-2010, quatre traitements ont ainsi été testés à grande échelle dans une STEU de Lausanne
(220 000 EH) pendant plus d’une année.35 Les essais ont été menés sur une sélection de plus de
50 micropolluants organiques (produits pharmaceutiques, pesticides, substances à effet hormonal,
etc.). Les quatre procédés ont permis d’atteindre des abattements moyens compris entre 23 % et
80 %. Les traitements ayant obtenu le niveau d’abattement de 80 % sont donc efficaces pour réduire
l’apport de micropolluants dans les eaux de surface.
En fonction de l’évolution de la législation et des contraintes locales, différents procédés pourraient
donc être mis en place afin de diminuer l’apport de micropolluants dans les cours d’eau, avec
toutefois des répercutions économiques non négligeables.
35/ Traitement des micropolluants dans les eaux usées. rapport final sur les essais pilotes à la STEP de Vidy (Lausanne), Office fédéral de l’environnement OFEV (Suisse). Janvier 2011.
46
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
IV. Traitement
des
boues
La pollution extraite de l’eau au cours des différentes étapes de traitement n’a pas totalement
disparu. Elle est concentrée sous la forme de boues d’épuration très fermentescibles qu’il va falloir
traiter pour en réduire les nuisances et le volume. À titre d’exemple, la quantité de boues produites
quotidiennement par un habitant représente un volume compris entre 1,5 et 10 litres de boues
liquides, soit entre 30 et 150 grammes de matière sèche. La quantité produite est corrélée aux
techniques de traitement des eaux. Mieux on traite les eaux, plus on produit de boues.
A. CARACTÉRISTIQUES DES BOUES
La composition des boues urbaines dépend des polluants présents dans les eaux brutes qui arrivent
sur la station, mais surtout des techniques de traitement utilisées. Selon le procédé de traitement
d’où elles sont extraites, on distingue différents types de boues :
• Les boues primaires : obtenues au niveau de la décantation primaire, elles présentent un taux de
matière organique de l’ordre de 50 à 70 % et sont donc extrêmement fermentescibles.
• Les boues physico-chimiques : obtenues au niveau des traitements primaires physico-chimiques.
Les réactifs chimiques utilisés lors de cette étape se retrouvent dans ces boues sous forme
d’hydroxydes métalliques ou de précipités minéraux (sulfates, phosphates, etc.). Elles présentent
un taux de matière organique de 40 à 65 %.
• Les boues biologiques : obtenues au niveau des traitements secondaires, elles représentent la
biomasse en excès constituée lors du traitement biologique. Leur teneur en matières volatiles est
proche de 80 %.
Les boues présentent trois caractéristiques majeures :
• un volume important en raison de leur forte teneur en eau ;
• une très forte aptitude à la fermentation ;
• la présence de micro-organismes potentiellement pathogènes, donc présentant un risque sanitaire.
Les boues – déchets majoritairement organiques et fermentescibles – doivent être traitées dans des
conditions respectueuses de l’environnement. Néanmoins, au vu des caractéristiques intéressantes
des boues, elles peuvent faire l’objet d’une valorisation :
• énergétique : production de biogaz, incinération ;
• agronomique : amendement et fertilisation des sols ;
• matière : dans la cimenterie, les boues peuvent servir d’apport thermique et matière, elles peuvent
être transformées en briques, la réutilisation des cendres est également réalisée, toutefois,
la valorisation matière en assainissement reste marginale comparée aux deux autres voies de
valorisation précitées.
La mise en décharge peut aussi constituer une destination finale.
Le choix entre valorisation et élimination en décharge dépend des caractéristiques des boues, des
contraintes liées au site et de l’analyse préalable des débouchés locaux.
47
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. DEVENIR DES BOUES
Les boues produites par le système d’assainissement, quel que soit le type de traitement adopté
pour les eaux usées, doivent trouver une voie de recyclage ou d’élimination qui soit écologiquement
et économiquement durable. Grâce à ses six usines d’épuration, le SIAAP a mis en place des multifilières de traitement qui permettent une valorisation diversifiée des boues. La voie privilégiée est
la valorisation agronomique. Lorsque celle-ci n’est pas envisageable, on recherche d’autres voies
d’élimination permettant également une valorisation énergie et/ou matière. Pour satisfaire aux
exigences de ces solutions, les boues doivent répondre à des critères stricts36.
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
1/ INCINÉRATION ET VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
> Fosses d’aisance sous l’Ancien
Régime, vidanges et voiries
L’incinération est un procédé radical et définitif de destruction ultime des déchets à caractère
organique. C’est une réaction d’oxydation à haute température, elle suppose donc que deux
paramètres soient réunis :
• une haute température (entre 850 et 1200 °C selon le four) maintenue dans une chambre pendant
un temps suffisamment long pour détruire les molécules organiques ;
• un apport d’oxygène suffisant pour que les radicaux formés puissent se combiner et se placer en
combustion oxydante.
Selon les conditions de fonctionnement, il est possible de valoriser l’énergie dégagée par la
combustion des boues (voir zoom sur la valorisation énergétique par traitement thermique des
boues à l’usine Marne aval, page 73). Par ailleurs, les cendres résultant de ce traitement peuvent
faire l’objet d’une valorisation matière.
2/ VALORISATION AGRICOLE
Contrairement à l’irrigation agricole mise en place au XIXe siècle dans l’ouest de Paris, l’épandage
agricole des boues est parfaitement encadré par de nombreux textes réglementaires. Considérées
comme un déchet37, les boues ne peuvent être épandues que si elles présentent un intérêt pour
les sols ou la nutrition des cultures et plantations. De fait, composées de matières organiques, de
phosphore, d’azote, de potassium et d’oligo-éléments, les boues traitées peuvent constituer des
apports organo-minéraux aidant à la fertilisation des sols cultivés.
Les boues candidates à l’épandage sont donc soumises à des analyses poussées ; il s’agit de définir
précisément leur valeur agronomique, mais aussi leur toxicité potentielle (en tenant compte des
concentrations maximales en micropolluants admises pour l’épandage) et le risque microbiologique
auquel expose leur épandage. Plusieurs points sont pris en compte :
Pour aller plus loin :
• contrôle de la valeur agronomique des boues
SCIENCES DE LA VIE
- phosphore, azote, calcium, soufre, matière organique
• surveillance des micropolluants
> Micropolluants (métalliques et
chimiques) et toxicité
- cadmium, chrome, cuivre, mercure, nickel, plomb, zinc
- PCB (7), HAP (fluoranthène, benzo(b)fluoranthène, benzo(a)pyrène)
Pour aller plus loin :
• surveillance de la qualité microbiologique
GÉOGRAPHIE
- œufs d’helminthes (vers parasites)
> Micro-organismes présents
- virus
dans les eaux usées
- bactéries (salmonelles).
36/ ADEME : http://www.ademe.fr/partenaires/boues/pages/f53.htm
37/ Selon l’arrêté du 8 janvier 1998 fixant les prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles.
48
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Seuls certains sols sont déclarés aptes à recevoir ces boues, et les doses appliquées sont
réglementées. L’accumulation éventuelle d’éléments toxiques dans le sol et les cultures est suivie à
long terme. La traçabilité est exigée, la responsabilité du producteur de boues restant entière. Le
SIAAP se préoccupe depuis longtemps des problèmes de contamination des sols et des végétaux
consécutive aux pratiques anciennes d’épandage d’eaux brutes non traitées, comme en témoignent
de nombreux travaux confiés à l’INRA. Par ailleurs, les boues mises en épandage ne sont pas les
seules sources potentielles de contamination des sols. Actuellement, on s’interroge sur la possibilité
d’une contamination par voie aérienne – c’est-à-dire par l’intermédiaire de dépôts atmosphériques –
ou par les impuretés contenues dans les engrais minéraux.
La qualité des boues s’est beaucoup améliorée ces dernières années grâce à la réglementation38,
notamment l’obligation faite aux industriels d’adopter des technologies propres et de traiter leurs
rejets avant qu’ils ne rejoignent le réseau de collecte des eaux usées. Grâce à ces efforts et à la
généralisation de l’essence sans plomb, la teneur en plomb des boues de Seine aval a été divisée
par trois et leur teneur en cadmium l’a été par vingt.
Dans les usines du SIAAP, la valorisation agricole est l’option retenue à Seine aval (encadré ci-dessous)
et en partie à Seine amont et Seine Morée.
La valorisation agronomique des boues à Seine aval
L’usine Seine aval, dans les Yvelines, est située en dehors de l’agglomération parisienne, à
proximité des plaines agricoles de la Beauce et du Vexin. Sa localisation lui offre de nombreux
débouchés pour une valorisation agricole des boues, c’est donc la stratégie qui est développée
depuis plusieurs décennies.
À Seine aval, le traitement des boues s’effectue au sein de l’Unité de production des boues
déshydratées (UPBD). Chaque année, environ 72 000 tonnes de boues traitées (exprimées en
matières sèches) sont évacuées de l’usine (figure 25). Cette production subit une augmentation
inévitable du fait de l’amélioration constante du niveau de traitement des eaux usées. Ainsi,
après la mise en service de l’unité de traitement des pollutions azotées en 2007, on estime à
15 % l’augmentation du volume annuel de boues produites à Seine aval.
Après avoir subi différents traitements, les boues déshydratées sont stockées pour être
analysées afin de s’assurer de leur compatibilité avec une valorisation en agriculture réalisée
dans 13 départements (66 % des boues produites à Seine aval en 2011). Il existe également
une autre voie de valorisation, le compostage, réalisé sur des plateformes situées dans 18
départements (25 %) (voir cadre technique page 57). Les boues non-conformes sont évacuées
vers des Installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND, anciennement centres
d’enfouissement technique – CET – de type II) au titre de déchets ultimes (9 %).
La filière de valorisation agricole des boues produites par Seine aval, appelées Fertifond P39, obéit
à une réglementation très stricte qui impose, pour chaque plan d’épandage, l’obtention d’une
autorisation par les préfets des départements. Seine aval a obtenu
en 2003 la certification AFAQ ISO 9001-2000 pour l’ensemble
de son activité (organisation et qualité de service). Pour la filière
d’épandage des boues, l’usine est certifiée Qualicert, ce qui
garantit la traçabilité et la transparence de la filière ainsi que son
intégration dans des pratiques de fertilisation raisonnée40.
Figure 25 : Stock de boue destiné à une valorisation agronomique
(Seine aval)
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
38/ Directive européenne de 1986 relative à la protection de l’environnement, et notamment des sols, lors de l’utilisation des boues d’épuration en agriculture.
39/ http://fertifondp.siaap.fr
40/ http://www.seineavaldemain.siaap.fr/seine-aval-aujourdhui/traitement-des-boues
49
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
3/ MISE EN DÉCHARGE
Lorsque, pour diverses raisons, ni la valorisation agricole ni l’incinération ne peuvent être assurées,
les exploitants des stations d’épuration ont depuis longtemps recours à la mise en décharge.
Les ISDND acceptent les ordures ménagères résiduelles. Toutefois, l’évolution des réglementations
française et européenne va dans le sens d’une diminution du dépôt des déchets dans ces installations
de stockage. Depuis 1999, l’Union européenne41 met en place des exigences techniques strictes
concernant les décharges, de manière à prévenir et à réduire autant que possible les effets négatifs
sur l’environnement, et sur les eaux de surface, les eaux souterraines, les sols, l’air, et sur la santé
humaine42. Au niveau européen43/44, la réduction progressive de la mise en décharge des déchets
municipaux biodégradables (dont les boues d’épuration) est planifiée jusqu’en 2015. En France, la
politique moderne de gestion des déchets découle d’une loi de 199245 qui fixait la fin de la mise en
décharge comme mode de traitement courant des déchets ménagers à l’année 2002, en réservant
les mises en décharge aux seuls déchets ultimes. Est ultime un déchet, résultant ou non du
traitement d’un autre déchet, qui n’est plus en mesure d’être traité dans les conditions techniques
et économiques du moment, notamment par extraction de la part valorisable ou par réduction de
son caractère polluant ou dangereux (articles L 541-1 et L 541-24 du Code de l’environnement)46.
On constate donc que la mise en décharge ne peut plus être considérée à terme comme une voie
d’élimination des boues d’épuration. La valorisation des boues est donc une nécessité absolue et
s’appuie sur une filière de traitement particulièrement complexe et pointue qui est en cours de
développement.
Quel que soit le mode de valorisation ou d’élimination envisagé, les boues doivent d’abord subir
une série de traitements.
41/ Directive de 1999 concernant la mise en décharge des déchets.
42/ http://europa.eu : Synthèses de la législation de l’Union européenne.
43/ Directives du 5 avril 2006 et du 19 novembre 2008 relatives aux déchets.
44/ Directive européenne du 26 avril 1999 concernant la mise en décharge des déchets.
45/ Loi du 13 juillet 1992 relative à l’élimination des déchets ainsi qu’aux installations classées pour la protection de l’environnement.
46/ Guide régional de la gestion des déchets de la région PACA : http://www.guide-dechets-paca.com
50
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
C. PROCÉDÉS DE TRAITEMENT DES BOUES
Il existe des traitements préalables qui ont deux objectifs :
• la réduction du volume des déchets (élimination de l’eau) ;
• la réduction de leur pouvoir fermentescible (élimination des micro-organismes et des odeurs).
Les traitements appliqués aux boues s’effectuent en plusieurs étapes ; ces dernières sont modulables
selon la filière retenue, mais les principes généraux demeurent les mêmes. Les différentes techniques
et équipements qui leur sont associés sont indiqués en rose et font l’objet d’encadrés sur les pages
suivantes.
1/ DIGESTION
La digestion anaérobie des boues (aussi appelée “méthanisation”) est un processus biologique
naturel de dégradation de la matière organique en l’absence d’oxygène. L’énergie et les matériaux
libérés servent, pour une petite partie, à la synthèse de nouvelles bactéries nécessaires au maintien
du processus. La majeure partie de la matière organique fermentescible est convertie en méthane et
en dioxyde de carbone. C’est le biogaz réutilisé pour produire de l’énergie. La digestion anaérobie
n’est pas une étape systématique, elle répond à plusieurs objectifs :
• réduire le caractère fermentescible en éliminant au maximum (environ 50 %) de la partie volatile
des boues ;
• obtenir une boue relativement stabilisée ;
• récupérer de l’énergie en créant du biogaz (valorisation énergétique) ;
• rendre les boues plus aptes à la déshydratation.
2/ ÉPAISSISSEMENT
L’épaississement des boues est une première phase de réduction du volume, il facilite les étapes
suivantes. Ce procédé peut s’effectuer dans différents ouvrages, épaississeur, flottateur ou
centrifugeuse, selon la technique retenue.
3/ CONDITIONNEMENT
Le conditionnement est un préalable indispensable à la déshydratation et permet aussi la réduction
des nuisances olfactives et des germes pathogènes. Le procédé peut être thermique ou chimique.
4/ DÉSHYDRATATION
Après un épaississement, il convient de déshydrater la boue afin d’en réduire le volume. On
cherche donc à retirer le maximum d’eau en concentrant les matières solides. En effet, les boues
produites dans les stations d’épuration sont liquides et présentent, même après épaississement,
une teneur en eau supérieure à 95 %. Différents équipements permettent de déshydrater les boues :
le filtre-presse, la centrifugeuse, puis éventuellement, le sécheur.
51
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
5/ STABILISATION
En l’absence de digestion, les boues très chargées en matières volatiles ont tendance à entrer en
fermentation et donc à générer des nuisances olfactives. Il est donc nécessaire de les stabiliser
afin de réduire leur odeur et de les hygiéniser, c’est-à-dire de détruire les agents pathogènes
présents. Précisons toutefois que, dans le cas d’une valorisation énergétique par incinération, cette
étape de stabilisation n’est pas mise en œuvre. Plusieurs techniques permettent de stabiliser des
boues, le chaulage et le compostage seront ici présentés.
6/ INCINÉRATION
L’incinération des boues préalablement déshydratées est un procédé radical et rapide qui permet
de minéraliser des boues sous forme de cendres. Parfois, l’incinération entraîne également un
dégagement de chaleur (énergie thermique valorisable) et un dégagement gazeux (fumées qu’il
faut traiter avant leur rejet dans l’atmosphère). Trois usines du SIAAP utilisent des fours à lit de sable
fluidisé pour incinérer leurs boues (voir fiche Seine centre page 71 et fiche Marne aval page 73).
Digestion anaérobie
Le processus de la digestion anaérobie est composé de deux phases :
• la phase acide, dont le principal objectif est de convertir la matière organique en acides gras
volatils puis en acétate assimilable par les bactéries méthanogènes. Pendant cette phase, la
quantité de matière organique ne change pas.
• la phase suivante consiste en une conversion des acides gras volatils en CH4, CO2 et autres gaz
par des bactéries strictement anaérobies.
Ces deux phases sont en équilibre dynamique : les acides gras volatils sont convertis en CH4
dans la même proportion qu’ils sont produits à partir de la matière organique complexe. La
quantité d’acides gras volatils dans les digesteurs en bon état de fonctionnement (figure 26)
est donc faible. Un déséquilibre dû à un excès d’acide diminue le pH avec un effet toxique et
inhibiteur sur les méthanogènes.
Injection de biogaz
pour le brassage
Chauffage des
boues à 35 °C
Brassage des boues par
réinjection de biogaz
Extraction de biogaz vers le stockage
(utilisation : chauffage, production d’énergie)
Extraction de boues
digérées par trop plein
Chaudière
fonctionnant
au biogaz
Alimentation
en boues
primaires
© SIAAP
Figure 26 : Digestion anaérobie
a. Schéma de fonctionnement
b. Cinq digesteurs et une cuve de biogaz (Seine aval)
© SIAAP
52
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Épaississement statique
Sous l’action de la pesanteur, l’épaississement permet de concentrer les boues de 2 à 8 fois
en les amenant de quelques grammes par litre à quelques dizaines de grammes par litre
(concentration comprise entre 15 et 100 g/l). L’épaississement s’effectue donc par décantation
dans une cuve à fond conique. La boue épaissie est évacuée par le bas (figure 27).
Alimentation en boues
Extraction des boues épaissies
© SIAAP
Figure 27 : Épaississement statique gravitaire
a. Schéma de fonctionnement
b. Épaississeur à l’air libre parsemé de végétation (Seine aval)
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
Épaississement par flottation
Cette technique s’applique principalement aux boues biologiques d’une concentration comprise
entre 2 et 8 g/l et peut également être utilisée pour épaissir certaines boues dites “tertiaires”. La
flottation donne de bons résultats avec des particules de gros diamètre et de faible densité.
Le principe consiste à dissoudre de l’air sous forte pression soit dans la boue entrante (flottation
directe), soit dans l’eau de souverse du flottateur (flottation indirecte), à l’intérieur d’un réservoir
sous pression. Le mélange est ensuite introduit et détendu à pression atmosphérique dans la
cuve de flottation. La détente et de fortes turbulences provoquent la formation d’un nuage
de fines bulles (environ 40 à 100 µm). Ces dernières entraînent alors les MES à la surface du
flottateur, où elles sont récupérées par raclage. L’eau de souverse (clarifiée) est quant à elle
aspirée au niveau de la partie intermédiaire de la cuve (figure 28).
Cette technologie nécessite un conditionnement chimique préalable pour former les flocs sur
lesquels les bulles d’air viennent se coller.
Pont racleur
Boues
flottées
Formation de
micro-bulles
Alimentation
en boues
biologiques
Introduction de
polymère
Air surpressé
Ballon de
pressurisation
Figure 28 : Flottation
a. Schéma de fonctionnement
Pompe de
pressurisation
© SIAAP
© SIAAP
b. Flottateurs (Seine centre)
53
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Épaississement par centrifugation
Cette technique s’applique de préférence pour épaissir des boues issues d’une décantation
physico-chimique. Elle est également utilisée quand l’espace disponible est relativement restreint,
ou lorsque l’étape d’épaississement ne doit fonctionner que quelques heures par jour.
Une centrifugeuse, comme le sous-entend son nom, utilise la force centrifuge pour accélérer la
sédimentation des particules solides de la boue préalablement conditionnée.
La boue à traiter est introduite dans un rotor constitué d’un bol et d’une vis convoyeuse ; le bol et la vis
tournent l’un et l’autre à très haute vitesse, mais pas tout à fait à la même. La vis évacue la boue épaissie
vers l’extrémité conique du bol, tandis que le centrat (liquide) est évacué à l’autre extrémité (figure 29).
Moteur électrique
Alimentation
en boues
physico-chimiques
Extraction
des boues
centrifugées
Évacuation
du centrat
© SIAAP
Figure 29 : Centrifugation
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP / Bar Floréal - A. BÉRAUD
b. Centrifugeuse (Seine centre)
Conditionnement par traitement thermique
Lors du conditionnement par traitement thermique, les boues sont “cuites” à haute température (195 °C)
et sous haute pression (20 bars) pendant quarante-cinq minutes dans le but de couper les colloïdes et
de dissoudre les particules qui peuvent gêner la déshydratation. Un échangeur thermique permet de
recycler environ 75 % de l’énergie, les boues cuites préchauffant les boues à traiter. Le conditionnement
thermique améliore l’aptitude des boues à la filtration, une siccité de 40 à 55 % pouvant être obtenue
après déshydratation, et cela sans avoir à ajouter de réactif. Le poids de matière sèche diminue, mais une
partie non négligeable de pollution est remise en circulation par hydrolyse thermique.
Les boues sont ensuite traitées pour éliminer les gaz odorants qu’elles contiennent (stripping,
dégazage par insufflation d’air) et décantées afin de diminuer le volume à déshydrater. Les gaz
provenant du traitement sont désodorisés par incinération.
Extraction
des boues cuites
Échangeur
de chaleur
Cuiseur
195°C
Alimentation
en boues épaissies
Injection de
vapeur d’eau à 200 °C
© SIAAP
© Dominique Soulé
Figure 30 : Conditionnement thermique
a. Schéma de fonctionnement
54
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
b. Atelier de cuisson : réacteurs de cuisson et échangeur
de chaleur (Seine aval)
Conditionnement par traitement chimique
Afin d’améliorer les étapes de l’épaississement ou de la déshydratation, la boue peut être
conditionnée de façon chimique par l’ajout de réactifs. Ces réactifs sont de deux types :
• minéral avec le chlorure ferrique et la chaux. Le chlorure ferrique est généralement associé
à la chaux pour améliorer la filtrabilité de la boue. Il peut aussi être associé à des polymères
anioniques ;
• organique avec les polymères. Il existe plusieurs centaines de polymères qui se présentent
sous la forme de poudres ou de liquides. Les polymères les plus souvent employés sont de
type cationique. Ils sont ajoutés en faible quantité.
Déshydratation par filtration sous presse
Des plateaux verticaux, évidés et recouverts de toiles filtrantes, sont disposés en batterie
et maintenus les uns contre les autres par des vérins hydrauliques (figures 31a-b). L’espace
ainsi aménagé entre chaque plateau est alimenté de façon continue en boue conditionnée par
l’intermédiaire d’une pompe haute pression. Une fois le filtre rempli, l’alimentation en boue à
déshydrater et le système de vérins hydrauliques provoquent la montée en pression à l’intérieur
du filtre (15 bars). L’eau est évacuée à travers une toile filtrante (figure 31c).
En fin de cycle, soit après quatre heures, la pression maximale est atteinte, et l’alimentation est
arrêtée. Après dépressurisation, les plateaux sont séparés afin d’évacuer successivement les
“gâteaux” formés. On appelle cette opération “phase de débâtissage”. Les boues ainsi traitées
contiennent environ de 30 à 50 % de matières sèches selon le conditionnement.
Filtre-presse vide et fermé
Piston
hydraulique
Débâtissage
En cours de filtration
Plateaux
Toiles
Injection
des boues
Évacuation
de l’eau = filtrat
Figure 31 : Filtration sous presse
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP
b. Filtre-presse (Seine aval)
Libération
des gâteaux
© SIAAP
c. Toile filtrante
55
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Déshydratation par centrifugation
La centrifugation (figure 29 et cadre page 54) couplée à l’injection de polymères permet de
combiner l’épaississement et la déshydratation dans une seule et même machine, et cela pour
tout type de boue. La centrifugation consiste à appliquer une force centrifuge sur les particules
d’une suspension boueuse pour provoquer leur décantation accélérée, aboutissant à l’obtention
de deux phases :
• phase solide ou sédiment (culot de centrifugation) ;
• phase liquide ou centrat (liquide surnageant).
La centrifugation permet un taux de capture supérieur à 95 %, cela grâce à la floculation préalable
de la boue. La siccité finale est de 20 à 30 % en fonction des boues.
Séchage
Le séchage est une opération physique qui permet l’élimination d’un liquide par évaporation
ou vaporisation. Il s’applique sur des boues déjà déshydratées à 20 ou 30 % de matière sèche
(figures 32 a-b).
Le séchage peut être convectif – les boues sont mises en contact avec des gaz de combustion –
ou conductif – l’apport calorifique se fait uniquement par surfaces d’échange.
Le séchage thermique des boues permet de :
• réduire la quantité d’eau contenue dans les boues. La siccité finale peut aller jusqu’à plus de
90 %, ce qui provoque une diminution de 3,5 à 4,5 fois le poids des boues à évacuer ;
• réaliser une hygiénisation et une stabilisation de la boue. Cela permet un stockage sur de
longues périodes sans production de mauvaises odeurs ;
• changer la texture de la boue. Celle-ci devient solide et peut être granulée, ce qui facilite sa
manipulation et améliore son ”image” (figure 32 c).
Les boues ainsi traitées peuvent être utilisées aussi bien en valorisation agricole qu’en incinération.
Il existe deux seuils de séchage entre lesquels on choisit en fonction du devenir des boues :
• le séchage poussé assure une siccité finale minimale de 60 % ;
• le séchage total assure une siccité supérieure à 90 %.
Air de
refroidissement
Air chaud
Alimentation
en boue
Boues
déshydratées
Production
d’air chaud
Air
condenseur
Mise en
dépression
© SIAAP
Figure 32 : Séchage
a. Schéma de fonctionnement
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
b. Sécheur thermique (Seine Grésillons)
c. Granulés obtenus par séchage
La nature des boues séchées leur confère une aptitude à l’autoéchauffement
qui s’accompagne d’un risque de combustion. Leur stockage doit faire
l’objet d’aménagements particuliers afin de réduire ces risques.
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
56
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Stabilisation par chaulage
Le chaulage est une technique de traitement à la chaux destinée à corriger l’acidité d’un produit,
d’un sol, et dans le cas présent, des boues d’épuration. La chaux est une matière généralement
poudreuse et blanche, obtenue par décomposition thermique du calcaire.
Le chaulage remplit deux fonctions principales :
• la stabilisation biologique : l’élévation du pH au-delà de 12 détruit ou inhibe la biomasse
responsable de la fermentation ;
• l’hygiénisation de la boue : l’augmentation du pH s’accompagne d’une élévation momentanée
de la température lors d’un traitement à la chaux vive.
Il permet aussi d’améliorer la siccité et la texture de la boue :
• augmentation de la siccité par effet conjoint du mélange de la boue avec un produit sec ; en
cas d’utilisation de chaux vive, il y a évaporation de l’eau ;
• amélioration de la tenue en tas, notamment en cas de stockage avant épandage ;
• apport d’un amendement calcique pour les terres acides.
Stabilisation par compostage
Le compostage consiste à aérer un mélange de boues fraîches déshydratées et de coproduits
(ordures ménagères triées, papiers, cartons, fumiers, sciures, déchets verts, etc.) puis à laisser
évoluer l’ensemble pendant plusieurs semaines.
Le compostage des boues s’appuie sur le principe du compostage des fumiers agricoles, mais
l’opération s’effectue en milieu aérobie, ce qui permet d’obtenir un produit sans nuisances
olfactives.
Le compostage comprend plusieurs étapes :
• le mélange des boues avec le coproduit ; le rôle de ce dernier est d’augmenter le degré de
vide dans le milieu, ce qui favorise une bonne aération.
• la fermentation bactérienne qui est elle-même décomposée en quatre temps :
- la phase psychrophile : température inférieure à 20 °C
- la phase mésophile : montée en température de 20 à 40 °C
- la phase thermophile : température de 40 à 70 °C, ce qui aboutit à une forte dégradation des
matières volatiles, une forte évaporation et une hygiénisation ;
- la phase de refroidissement : la biomasse s’autostérilisant, la température diminue.
• le criblage avec l’affinage du produit final et le recyclage des refus de crible.
• la maturation et le stockage avec la fin de la dégradation des matières volatiles pendant
le stockage pour donner au compost sa qualité agronomique finale. La technique la plus
fréquente consiste en une fermentation lente en andains (tas). L’aération est assurée par
un simple retournement. C’est la technique la plus ancienne. La qualité du compost est
directement liée à l’habilité de l’opérateur et à la fréquence des retournements.
Les techniques plus modernes utilisent des tunnels de compostage ventilés.
Le SIAAP ne met pas en œuvre cette technique sur ses sites, même si des boues de ses usines
sont compostées sur des plateformes extérieures.
47/ Arrêté du 20 septembre 2002 relatif aux installations d’incinération et de co-incinération de déchets non dangereux et aux installations incinérant des déchets d’activités de soins à risque
infectieux ; modifié par l’arrêté du 3 octobre 2012.
57
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Incinération par four à lit de sable fluidisé
Il existe différents types de fours pour incinérer les boues d’épuration, tels le four rotatif ou le
four à soles, mais celui qui est le plus couramment utilisé est le four à lit de sable fluidisé. C’est
le modèle présent dans plusieurs usines du SIAAP (Seine amont, Seine centre et Marne aval).
Il permet une combustion totale de la boue à une température de l’ordre de 850 °C, avec un
temps de séjour de quelques secondes seulement (figure 33). Le four à lit fluidisé présente de
multiples avantages, au nombre desquels :
• facilité d’exploitation ;
• efficacité de la combustion ;
• compacité ;
• absence de pièces mécaniques.
Les boues déshydratées, du fait de leur nature pâteuse, sont parmi les déchets les plus difficiles
à brûler complètement. Il est donc souhaitable de les maintenir en mouvement jusqu’à complète
combustion. C’est une des raisons qui font que les fours à lit fluidisé paraissent les plus adaptés
à l’incinération des boues. La boue est injectée sur un lit de sable surchauffé qui fait exploser les
mottes. L’inconvénient majeur de ces fours est la présence de cendres qui passent entièrement
dans les fumées. On doit donc prévoir un traitement des fumées avec récupération des cendres
(voir zoom sur le traitement des fumées à Seine centre page 71). Il existe une législation sur les
rejets de fumées liés à l’incinération des boues d’épuration47.
Fumées + cendres
Température
Sable
Injection
de boues
Ventilateur
de fluidisation
Air chaud
Four d’incinération
à lit fluidisé
Échangeur
de chaleur
Filtre
électrostatique
Lavage
Filtre
acide basique à manche
Tour
catalytique
Cheminée
© SIAAP
Figure 33 : Incinération
a. Schéma de fonctionnement
b. Four à lit de sable fluidisé (Seine centre)
© SIAAP
58
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
V.
Traitement
des
odeurs
A. CARACTÉRISTIQUES DES ODEURS EN STATION D’ÉPURATION
L’odorat est le sens qui permet de percevoir les odeurs. Une odeur peut se définir comme “l’impression
particulière que certaines émanations de l’environnement physique et biologique produisent sur
l’appareil olfactif”. Ces émanations sont des molécules volatiles qui ont la propriété d’interagir
avec le système nerveux pour y produire une sensation : l’odeur. Ce qui est perçu comme une
sensation homogène est bien souvent le résultat de l’activation d’un grand nombre de récepteurs
par des molécules très diverses ; le sujet n’a pas conscience de cette complexité chimique.
L’olfaction est une fonction physiologique qui permet l’analyse des molécules chimiques volatiles.
Chez les mammifères, l’organe récepteur de l’olfaction est la muqueuse olfactive située dans la
région dorsale et postérieure des fosses nasales ; elle est composée de neurones olfactifs. La
perception d’une odeur résulte d’un stimulus très rapide, presque instantané, qui comporte
plusieurs informations, parmi lesquelles l’intensité et la qualité de l’odeur.
La capacité olfactive est plus forte le matin, et la réceptivité aux odeurs varie d’un individu à l’autre.
Cependant, il est notoire que les femmes ont un meilleur odorat que les hommes et que les non
fumeurs sont plus sensibles que les fumeurs. À partir de 60 ans s’amorce une baisse de la sensation,
de la discrimination et de l’identification des odeurs.
L’odorat humain, bien que moins sensible que celui d’autres mammifères, est une source d’information
sur les substances chimiques de l’environnement. Le nez humain est capable de reconnaître jusqu’à
4 000 odeurs à des concentrations très faibles en molécules odorantes. Les techniques analytiques
ne parviennent pas toujours à atteindre un tel seuil de détection.
Au quotidien, les nuisances olfactives sont un élément majeur de désagrément. Facilement
détectables, elles sont le principal motif de plaintes des populations
Pour aller plus loin :
riveraines des stations d’épuration. Afin de préserver le cadre de vie des
GÉOGRAPHIE
habitants des communes situées à proximité de ses usines, le SIAAP
> Sypros, un logiciel de prévision
mène des actions analytiques et correctrices depuis plus de vingt ans.
des odeurs
Au sein des contaminants de l’air, les odeurs sont les plus difficiles à gérer du fait de la subjectivité
inhérente à la mesure et à la définition de ce qui constituerait un seuil olfactif acceptable. Les arrêtés
des stations d’épuration peuvent imposer des valeurs limites de rejet dans l’atmosphère pour
certains composés odorants (avec des valeurs seuils à ne pas dépasser durant 95 % du temps et des
valeurs rédhibitoires à ne jamais dépasser).
Les contaminants de l’air possédant une odeur désagréable sont bien plus souvent gênants que
toxiques ou nocifs. Les contaminants odorants qui ont un effet nocif sur la santé ou qui ont des
conséquences nuisibles autres qu’une simple gêne sont gérés selon les critères relatifs à la qualité
de l’air ambiant. La concentration maximale acceptable de certains contaminants spécifiques de
l’environnement est définie réglementairement.
59
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Près de 80 % des gaz nauséabonds qui peuvent être produits par les stations d’épuration sont des
produits soufrés (H2S, mercaptans), le reste est réparti entre les composés azotés (NH3 et composées
organiques azotés), les acides organiques, les cétones et les aldéhydes. C’est l’action des bactéries
anaérobies qui conduit à la formation de gaz associés au développement de mauvaises odeurs
(figure 34).
• Le dihydrogène sulfuré
Le dihydrogène sulfuré (H2S) est un gaz toxique, incolore et malodorant. Son seuil de détection par
l’odorat est de 0,003 parties par million (ppm). Les valeurs moyennes d’exposition ne doivent pas
dépasser 5 ppm en milieu industriel, et la concentration maximale autorisée pour une exposition
est de 10 ppm pendant dix minutes. Il paralyse l’odorat à 100 ppm et agit comme poison mortel.
• Le méthyl mercaptan
À température ambiante, le méthyl mercaptan (CH3SH) est comme un gaz incolore, colorant,
inflammable et toxique. Il est quatre fois plus toxique que l’H2S, mais heureusement beaucoup
moins fréquent ; à forte concentration, il attaque le système nerveux.
• Les composés azotés
Les composés azotés, principalement l’ammoniac (NH3) et les amines, peuvent aussi être à l’origine
des nuisances olfactives, essentiellement au niveau de la station d’épuration et plus rarement au
niveau du réseau.
O2
Aérobie
Matières
organiques
+ 150 mV
Anoxie
Bactéries
aérobies
CO2
H2 O
NO2
Matières
organiques
Bactéries
dénitrifiantes
CO2
N2
– 150 mV
Anaérobie
Matières
organiques
Bactéries
anaérobies
CO2
SO42Acétates,
Acides organiques,
Alcools,
NH3,
Amines
Bactéries
sulfatoréductrices
CO2
H2S
mercaptans
Composés soufrés réduits
© SIAAP
Figure 34 : Réactions entraînant la formation de gaz précurseurs d’odeurs
60
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. PROCÉDÉS DE DÉSODORISATION
Il existe quatre sortes de désodorisation de natures différentes – chimique, physico-chimique, biologique
et thermique – et on utilise l’une ou l’autre selon les débits à traiter et la nature des composés à éliminer.
1/ DÉSODORISATION CHIMIQUE
L’air vicié passe par une série de lavages visant à éliminer plusieurs produits polluants – l’ammoniac,
le dihydrogène sulfuré et les mercaptans. Ces lavages sont en fait des réactions chimiques qui
nécessitent un transfert gaz / liquide. Ils permettent la transformation des produits odorants en
produits non odorants dissous. Ils sont effectués dans des tours conçues de sorte qu’il y ait une
surface de contact importante entre le produit de lavage et l’air vicié. Chaque lavage se fait dans
une tour (figure 35).
• Première tour : le lavage acide (pH = 3)
Le réactif utilisé est l’acide sulfurique (H2SO4), qui permet de transformer les composés azotés
(amines, ammoniac). Ainsi, l’ammoniac (NH3) est transformé en sel d’ammonium (NH4+).
• Deuxième tour : l’oxydation (pH = 8)
Le réactif utilisé est l’eau de Javel, qui permet la transformation du dihydrogène sulfuré (H2S) en sel
dissous. Le chlore se trouve donc sous la forme ClO-. Puis, par une série d’oxydations intermédiaires,
l’H2S est oxydé en sulfates (SO42-).
• Troisième tour : le lavage basique (pH = 11)
Le réactif est la soude (NaOH), qui permet de piéger des acides gras volatils, les méthyls, les
mercaptans et l’H2S restant de la deuxième tour.
• Quatrième tour : le piégeage du chlore gazeux pouvant s’échapper
Le réactif utilisé est le thiosulfate de sodium (Na2S2O3). Cette dernière tour est facultative.
Supprime
NH3 + amines
Supprime
H2S
Supprime
mercpactans
Javel
Soude
pH = 8
pH = 11
Supprime
Cl2
Atmosphère
Matériau
de
garnissage
Alimentation
en air vicié
Acide
sulfurique
pH = 3
Thiosulfate
de sodium
© SIAAP
Figure 35 : Désodorisation chimique
a. Schéma de fonctionnement
b. Tours de désodorisation chimique (Seine aval)
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
61
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
2/ DÉSODORISATION PHYSICO-CHIMIQUE
La désodorisation physico-chimique est de deux types : un procédé réversible appelé “adsorption” et
un procédé combinant l’adsorption et des réactions chimiques irréversibles appelé “chimisorption”.
• L’adsorption : procédé par lequel une substance est attirée et retenue à la surface d’une autre. La
capacité d’élimination d’un adsorbant a un rapport direct avec sa surface totale qui s’étend jusqu’à
l’intérieur du solide. La vitesse d’adsorption est inversement proportionnelle à la taille du produit
filtrant.
• La chimisorption : procédé en deux phases. D’abord les adsorbés sont physiquement retenus à
l’intérieur de l’adsorbant. Ensuite ils réagissent chimiquement, il s’agit d’une réaction d’oxydation
instantanée et irréversible qui dégrade l’H2S en SO42-.
3/ DÉSODORISATION BIOLOGIQUE
L’air vicié contenant les produits odorants traverse un matelas filtrant (type biofiltre) servant de
support aux populations bactériennes. Ce matelas est composé de matières organiques ou
minérales prélevées dans le milieu naturel (tourbe, coquillages, etc.). Le lit doit être maintenu humide
afin de solubiliser les composés à éliminer et, donc favoriser leur dégradation par les bactéries
(figure 36). Il faut éviter que le lit ne se tasse : cela augmente les pertes de charge et empêche
l’effluent de circuler à travers.
Les bactéries hétérotrophes sulfo-oxydantes nécessitent un apport de carbone, de phosphore et
d’azote ; ces derniers sont apportés par arrosage d’une solution de sulfate d’ammonium et de sucre.
Les bactéries oxydent donc les composés soufrés organiques ou inorganiques en sulfates (SO42-) et
sulfites (SO2), produits inorganiques non odorants.
Air traité
Arrosage
+ nutriments
Bactéries
Matériau
support
de bactéries
Plancher
© SIAAP
Alimentation
en air vicié
Figure 36 : Désodorisation biologique
a. Schéma de fonctionnement
b. Système d’arrosage sur un lit de coquilles
d’huîtres et de moules (Seine aval)
© SIAAP
4/ DÉSODORISATION THERMIQUE
La désodorisation thermique permet de traiter par oxydation thermique des volumes d’air moindres,
mais fortemement concentrés. Ce procédé offre des performances excellentes, mais il est très coûteux.
Il est peu utilisé en assainissement (un seul site du SIAAP : Seine aval pour le traitement des boues).
62
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
VI.
Assainissement
Oise
au SIAAP
Seine aval
Seine centre
Seine
La Briche
Val-d’Oise
Seine Morée
8
1
Seine Grésillons
Seine-Saint-Denis
Clichy
Hauts-de-Seine
Paris
Se
in
e
Marne aval
2
4
3
A
Charenton
C
Yvelines
D
5
Marne
B
Seine amont
Val-de-Marne
Se
7
ine
Bièvre
6
Yerre
s
O
rg
e
Essonne
Se
in
e
nn
so
Es
e
© SIAAP
Zone de collecte du SIAAP
Usines de prétraitement
Usines d’épuration
Tunnels réservoirs
Bassins de stockage
1
2
3
4
5
6
7
8
Bassin de La Plaine à Saint-Denis : 165 000 m3
Bassin Proudhon à Paris : 17 000 m3
Complexe des Cormailles (bassin + puits) à Ivry-sur-Seine : 55 000 m3
Bassin d’Arcueil à Arcueil : 24 000 m3
Bassin EV3 de Vitry-sur-Seine : 55 000 m3
Bassin de L’Haÿ-les-Roses : 84 200 m3
Bassin d’Antony : 115 000 m3
Bassin des Brouillards à Dugny : 90 000 m3
Émissaires
A
B
C
D
Tunnel-réservoir Ivry-Massena : 100 000 m3
Tunnel-réservoir Ru de Châtenay : 34 500 m3
Tunnel-réservoir Blagis-Cachan : 25 000 m3
Liaison Cachan-Charenton : 110 000 m3
Figure 37 : Les ouvrages du SIAAP (réseau, stockage, usines)
63
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
A. RÉSEAU DU SIAAP
1/ COLLECTEURS ET ÉMISSAIRES
Dans l’agglomération parisienne, les différentes catégories de
réseaux ne sont pas gérées par les mêmes collectivités. La collecte
(égouts, collecteurs secondaires) est assurée par les communes ou les
syndicats intercommunaux, le premier niveau de transport (collecteurs
principaux) par les départements, puis le transfert (collecteurs et
émissaires) jusqu’aux stations d’épuration par le SIAAP.
Le SIAAP transporte chaque jour, par temps sec, 2,3 millions de mètres
cubes d’eaux usées dans un réseau de 444 km de collecteurs et
d’émissaires pour les acheminer jusqu’à ses six stations d’épuration
(figures 37 et 38). Ces canalisations sont situées entre 3 et 100 m de
profondeur. Pour garantir la sécurité du transport des eaux usées et
celle des équipements
urbains en surface, le
SIAAP doit régulièrement
inspecter, entretenir et
nettoyer ce réseau.
© Eric Lafon
Figure 38 : Vue intérieure d’un collecteur
et d’un émissaire du SIAAP
a. Collecteur des coteaux sous le boulevard Magenta (Paris)
b. Émissaire de Cachan (Sceaux)
© SIAAP
Dans certains cas, cette fonction de transport s’accompagne d’une dimension environnementale
et symbolique. C’est le cas du collecteur secondaire permettant le doublement de la Bièvre, qui
évite le rejet des eaux usées dans le cours de la rivière (encadré ci-dessous).
Le doublement de la Bièvre
Dans le cadre du projet de réouverture de la Bièvre, rivière canalisée et enterrée dans sa partie
aval (dans les Hauts-de-Seine) depuis le XIXe siècle, la qualité de l’eau doit, pour des raisons
sanitaires et environnementales, être améliorée. Cela implique de mettre fin aux rejets d’eaux
non traitées. La solution choisie a été d’installer, sur 1,9 km, une conduite souterraine parallèle
à la Bièvre : le collecteur Doublement de la Bièvre. Un collecteur et des égouts doublaient déjà
le cours de la rivière jusqu’à Paris, mais ce n’était pas suffisant, notamment lors des travaux de
maintenance de ces équipements (deux à cinq fois par an en moyenne) ; la Bièvre était alors
utilisée pour les seconder. Les eaux usées sont désormais dirigées vers ce nouveau collecteur
en lieu et place de la rivière.
En raison de la densité de l’urbanisation et de la circulation en surface, les travaux ont été
effectués en souterrain par un micro-tunnelier télécommandé et guidé par laser (figure 39). Le
chantier a duré plus de deux ans entre 2009 et 2011 en raison de contraintes techniques. Le
creusement de 18 puits au fur et à mesure de l’avancement du micro-tunnelier a été nécessaire.
Ce dernier ne pouvant creuser qu’en ligne droite, son trajet a été divisé en tronçons rectilignes
64
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
(aujourd’hui, une légère courbure peut être obtenue avec ce type de matériel). À chaque
tronçon, la machine a été descendue par un puits de travail, puis est ressortie à l’autre extrémité
par un autre puits. À chaque fois, il a fallu descendre les segments du collecteur, les raccorder
ensuite bout à bout, cela à raison de 8 à 9 m par jour.
Container de traitement
du marinage (criblage,
centrifugeuse)
Poste de pilotage
Évacuation des déblais
Alimentation en eau
Injection de lubrifiant et
de bentonite (argile pour
combler le vide creusé).
Roue de coupe
Mur de poussée
Tuyaux de fonçage
Vérins de poussée
Micro-tunnelier
© SIAAP
Figure 39 : Creusement à l’aide d’un micro-tunnelier
a. Schéma de fonctionnement
b. Tête de tunnelier dans la galerie
d’attaque du puits Masséna du tunnel
réservoir Ivry-Masséna (TIMA)
© Éric Lafon
Pour aller plus loin :
SCIENCES DE LA VIE
2/ STATIONS DE POMPAGE
> La restauration de la Bièvre,
une rivière “égout”.
L’étendue et la topographie du territoire du SIAAP ne permet pas la mise en place d’un réseau
intégralement gravitaire. Plusieurs sites de relevage et de refoulement sont donc disséminés en
agglomération parisienne, notamment au sud-est de Paris, afin de permettre le transport des eaux
usées jusqu’à leur destination. Le SIAAP gère une vingtaine de stations de pompage, dont la plupart
sont des postes de relevage. La hauteur de relèvement des eaux varie entre 1 et 30 m selon les sites.
Certaines usines de traitement des
eaux usées font aussi office de
stations de relevage : Seine centre
à Colombes (Hauts-de-Seine),
Clichy (Hauts-de-Seine, figure 40),
Charenton (Val-de-Marne). Mais
on compte surtout des postes
isolés, de moindre capacité : par
exemple les stations de pompage
de Pompadour à Créteil (Val-deMarne), de Sésame à Valenton (Valde-Marne), de Crosne (Essonne) .
Figure 40 : Pompes d’un poste
de relevage du SIAAP
(usine de prétraitement de Clichy)
© SIAAP
65
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
3/ OUVRAGES DE STOCKAGE
Dans l’agglomération parisienne, le réseau d’assainissement est principalement unitaire ; il subit par
conséquent d’importantes variations de débits en relation avec les précipitations. Afin d’éviter les
risques associés d’inondation (notamment dans les communes très sensibles du sud-est parisien :
comme Antony, Fresnes, L’Haÿ-les-Roses…) et les rejets d’eaux non traitées en Seine ou en Marne,
le SIAAP s’est doté, depuis 1997, de 900 000 m3 de capacité de rétention d’eau constitués de
quatre tunnels-réservoirs et de huit bassins de stockage (figure 37). Ces ouvrages stockent les
eaux excédentaires durant les fortes précipitations, puis les redirigent vers les usines d’épuration
après un retour météorologique à la normale.
On remarque que ces ouvrages sont principalement localisés à l’amont de Paris, en particulier
dans le sud de Paris. Les caractéristiques topographiques et urbanistiques peuvent expliquer cette
répartition. La vallée de la Bièvre, fortement creusée, a une altitude assez basse : elle constitue donc
un réceptacle naturel pour les eaux de pluie. Ce dernier est cependant rapidement saturé. En outre,
les égouts de ces secteurs de plus en plus urbanisés sont sous-dimensionnés, et en cas de fortes
précipitations, ils ne permettent plus d’accueillir toute cette eau. La construction de ces structures
de stockage permet de réguler la circulation de très grandes quantités d’eau.
Certains de ces bassins présentent des caractéristiques remarquables, à l’exemple des dimensions
surprenantes du tunnel Ivry-Masséna (encadré ci-dessous) ou de l’implantation du bassin de La
Plaine sous le terrain d’entraînement du Stade de France !
Le tunnel Ivry-Masséna
Situé en partie à Paris, le Tunnel-réservoir Ivry-MAsséna (TIMA)
permet de connecter plusieurs tunnels et bassins de stockage ;
constituant ainsi le plus grand ouvrage de stockage en Europe.
Inauguré en 2009 après cinq années de travaux faisant appel à
des techniques extrêmes, TIMA est une prouesse technologique
et organisationnelle de par sa taille et sa localisation en pleine
agglomération parisienne. Les eaux qu’il stocke sont ensuite
renvoyées vers l’usine d’épuration Seine amont, à Valenton.
TIMA est un complexe constitué de deux tunnels : TIMA 1 (tunnel
de stockage) et TIMA 2 (tunnel de transport jusqu’à TIMA 1).
Longueur : 1,86 km
Diamètre maximum : 6,8 m
Capacité de stockage : 80 000 m3, soit l’équivalent
d’1 million de baignoires !
Profondeur : 30 m
Figure 41 : Vue intérieure de TIMA (en construction)
© SIAAP / Le Bar Floréal - A.Béraud
66
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
4/ GESTION DES FLUX
Le SIAAP a mis en place un outil informatique qui permet de réguler vingt-quatre heures sur
vingt-quatre le réseau d’assainissement de l’agglomération parisienne. Son acronyme est
MAGES, Modèle d’aide à la gestion des effluents du SIAAP. Il est basé au siège du SIAAP à
Paris (figure 42). MAGES permet de
coordonner l’action des différents acteurs
de l’assainissement et d’optimiser en
temps réel le fonctionnement du réseau.
La supervision des flux transitant dans
les réseaux et les stations d’épuration
est d’autant plus utile en temps de pluie.
Grâce à ses fonctions, ce logiciel permet
d’éviter les inondations et de limiter les
déversements d’eaux non traitées dans
le milieu naturel.
© SIAAP
Figure 42 : La salle de contrôle de MAGES
• Il recueille les informations des différents acteurs de l’assainissement (communes et syndicats
de communes chargés de la collecte des eaux usées et pluviales, départements assurant leur
transport jusqu’au réseau géré par le SIAAP) : débit de l’eau, état du réseau, fonctionnement des
usines, etc. Il prend aussi en compte les prévisions de Météo-France.
• Il analyse ces données en temps réel et livre une “photographie” instantanée de la situation du
réseau d’assainissement.
• Outil de simulation, il est capable d’élaborer en quinze minutes les scénarios les mieux adaptés
en situation à risque (violent orage, dysfonctionnement d’un équipement, travaux d’entretien dans
les réseaux) pour optimiser la gestion du réseau en fonction de la disponibilité des ouvrages et de
la quantité d’eau qui circule dans le réseau du SIAAP.
• Enfin, il informe les exploitants des réseaux et des stations d’épuration et leur fournit des éléments
de décision.
MAGES constitue un puissant outil d’aide à la décision. Désormais, les exploitants disposent de
toutes les informations pour choisir, sur la portion qui leur incombe, d’actionner ou non les vannes,
de rediriger les flux vers les ouvrages de stockage, de les retenir dans les réseaux pour retarder
l’arrivée de débits trop importants dans les usines d’épuration.
67
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
B. USINES DU SIAAP
Pour mener à bien sa mission d’assainissement des eaux usées, le SIAAP possède et exploite neuf
usines (figure 37). Trois d’entre elles ont pour principale fonction d’assurer un prétraitement des
eaux usées, notamment leur dessablage. Les six autres, des stations d’épuration réparties dans
quatre départements autour de Paris, assurent la dépollution des eaux usées de l’agglomération
parisienne par le biais de filières de traitement complètes mais différentes les unes des autres.
1/ USINES DE PRÉTRAITEMENT
• Charenton-le-Pont (Val-de-Marne)
C’est à la fois un centre de prétraitement qui reçoit les eaux brutes du sud-est de l’agglomération
parisienne et une station de relevage qui envoie les eaux vers l’usine d’épuration de Seine amont,
à Valenton.
• Clichy (Hauts-de-Seine)
C’est un centre de prétraitement (dégrillage et dessablage) des effluents des égouts de la ville
de Paris, dont il reçoit 80 % des eaux usées, soit près de 1 000 000 m3/jour, qu’il redirige ensuite
vers les usines Seine centre, Seine aval et Seine Grésillons. L’usine de Clichy est aussi une station
de pompage anti-crues, qui protège la capitale des inondations en temps de crue de la Seine en
permettant l’évacuation dans le fleuve des eaux pluviales excédentaires.
• La Briche à Épinay-sur-Seine (Seine-Saint-Denis)
C’est un centre de prétraitement qui reçoit une grande partie des eaux de la Seine-Saint-Denis
et du nord de Paris. La Briche est également un centre de traitement des sables issus de ce
prétraitement et du curage des réseaux d’assainissement. Ces sables, environ 25 000 tonnes chaque
année, peuvent être recyclés dans le cadre de travaux publics.
2/ USINES D’ÉPURATION
Les six usines d’épuration des eaux usées du SIAAP vont être présentées sous forme de fiches, dans
l’ordre chronologique de leur mise en eau, avec quelques données clefs. La durée de parcours de
l’eau usée dans l’usine est indiquée, avec le détail des différentes étapes de traitement. La légende
ci-dessous permet d’interpréter les pictogrammes de couleur (figure 43).
Prétraitement
Décantation classique
Décantation lamellaire sans
ajout de produits chimiques
Décantation lamellaire
physico-chimique
Traitement biologique
Élimination complémentaire
du phosphore
Élimination complémentaire
de l’azote par biofiltration
Figure 43 : Légende des différents procédés d’épuration des usines du SIAAP
68
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
SEINE AVAL (SAV)
UN GÉANT DE L’ÉPURATION
EN RECONSTRUCTION
© SIAAP
Figure 44 : Usine Seine aval
• Localisation : Achères, Maisons-Laffitte, Saint-Germain-en-Laye (Yvelines)
• Destination des eaux épurées : la Seine
Pour aller plus loin :
• Date de mise en service : 1940
GÉOGRAPHIE
• Superficie : 800 hectares
> Un géant de l’épuration pour
• Profil : la plus ancienne usine du SIAAP et la plus importante de France par le
l’agglomération parisienne
volume d’eau traité.
Pour aller plus loin :
• Particularité : programme de modernisation étalé jusqu’en 2025, la “refonte
HISTOIRE
de Seine aval”, pour améliorer ses performances épuratoires et éradiquer les
nuisances48. L’emprise au sol de l’usine va être réduite de 40 %, libérant 300 ha
> L’histoire de la station
d’Achères
restitués à la Ville de Paris et 400 ha autour de la zone opérationnelle, qui
deviendront une zone de transition constituant une réserve foncière.
• Rayon d’action : 70 % de l’agglomération parisienne (Paris, Hauts-de-Seine, Val-de-Marne et Seine-Saint-Denis),
certaines communes des Yvelines et du Val-d’Oise.
• Population concernée : 5 millions d’habitants
• Capacité de traitement : 1 500 000 m3 d’eau/j, extensible à 2 300 000 m3/j par temps de pluie
• Performances épuratoires : - MES :
91 %
- carbone (DBO) :
91 %
- azote (global NGL) : 70 %
- phosphore (total) :
82 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation physique, épuration biologique par boues activées, décantation physicochimique et cultures fixées ;
- Boues : digestion, épaississement, conditionnement thermique, déshydratation par filtration sous presse ;
valorisation énergétique (zoom) et agronomique ou évacuation en centre d’enfouissement technique quand
elles ne répondent pas aux normes en vigueur.
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
M
O
O
Z
© SIAAP / Le Bar Floréal - E. Facon
2h
4à5h
30 min
1h
7h40 à 8h40
LA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DU BIOGAZ
À Seine aval, 60 % de la consommation énergétique sont autoproduits sur le site. Les 40 %
restant sont importés : électricité, gaz naturel, fuel. Deux raisons principales conduisent le SIAAP
à développer de multiples initiatives dans le domaine des énergies renouvelables et propres : le
coût des ressources fossiles (pétrole, gaz, charbon) et la nécessité de réduire les émissions de
gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique. La substitution des produits
d’origine fossile permet de réaliser une économie de 23 millions d’euros par an pour cette usine.
Pour tendre vers son autonomie énergétique, Seine aval a choisi de récupérer, de stocker
et de valoriser le gaz produit durant le traitement des boues, plus précisément lors de la
digestion anaérobie. La dégradation de la matière organique par des
bactéries anaérobies entraîne la production de biogaz (figure 45), dont
le principal constituant est le méthane (CH4). Le biogaz offre deux
types de valorisation énergétique :
• électricité produite mécaniquement par des turbines à gaz et
consommée sur place ;
• chaleur récupérée sur les turbines à gaz (80 °C), produite par les
chaudières à eau (80 °C) et à vapeur (180 °C) pour le conditionnement
thermique des boues et le chauffage des locaux et des digesteurs.
Figure 45 : Sphère de stockage du biogaz (Seine aval)
48/ Pour plus d’information, consulter le site sur la refonte de Seine aval : www.seineavaldemain.siaap.fr
69
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
SEINE AMONT (SAM)
DOUBLE CIRCUIT,
DOUBLE TECHNICITÉ
Figure 46 : Usine Seine amont
• Localisation : Valenton (Val-de-Marne)
• Destination des eaux épurées : la Seine
• Date de mise en service : 1987 et 1992 (capacité de 150 000 m3/j puis 300 000 m3/j) ; deuxième tranche en 2004
• Superficie : 70 ha
• Profil : deux circuits de traitement parallèles, construits à vingt ans d’intervalle : Seine amont 1 (1987) et Seine
amont 2 (2004).
• Particularité : première usine du SIAAP à effectuer le traitement de l’azote par le principe des boues activées
(cf. III. C. cadre sur la pollution azotée page 38).
• Rayon d’action : Val-de-Marne et vallée de la Bièvre (dont une partie de l’Essonne et des Yvelines), quelques
communes de la Seine-Saint-Denis et de la Seine-et-Marne, et les eaux de pluie des ouvrages de stockage du
sud-est parisien.
• Population concernée : 2,4 millions d’habitants
• Capacité de traitement : 800 000 m3 d’eau/j, extensible par temps de pluie à 1 500 000 m3, grâce à son unité
de décantation accélérée (principe de clarifloculation) qui débarrasse en accéléré la fraction particulaire de la
pollution
• Performances épuratoires : - MES :
98 %
- carbone (DBO) :
99 %
- azote (global NGL) : 70 %
- phosphore (total) :
86 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation et épuration biologique par boues activées (zoom) ;
- Boues : digestion, centrifugation, séchage thermique avec valorisation agronomique et incinération.
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
M
O
O
Z
© SIAAP
5h
13 ou 25 h
15h à 27h
LA DÉPHOSPHATATION BIOLOGIQUE
La réglementation impose d’éliminer les phosphates afin de protéger les milieux aquatiques
de l’eutrophisation. La déphosphatation physico-chimique est la technique la plus répandue
(cf. III. B. 2. page 33) mais elle présente des inconvénients, notamment la production de
volumes importants de boues et une forte consommation de réactifs.
Des recherches ont donc été menées sur la déphosphatation biologique, qui ne présente
pas les inconvénients de la technique précédente (cf. III. C. cadre sur la pollution phosphorée
page 38). Elle fait intervenir successivement deux types de bactéries : des bactéries
anaérobies qui relarguent des orthophosphates leur permettant de stocker plus d’énergie
dans la cellule, et des bactéries aérobies qui réabsorbent ces phosphates, ainsi qu’une
quantité de phosphore supplémentaire. La biomasse est donc exposée
à une alternance de phases anaérobies et aérobies, ce qui favorise la
croissance de bactéries capables d’accumuler des phosphates.
Lors de la mise en place de la deuxième tranche de Seine amont en
2004, il a été décidé de procéder à l’élimination du phosphore par voie
biologique (figure 47). En ce qui concerne la première tranche, une
déphosphatation tertiaire physico-chimique a été mise en place pour
répondre à la réglementation.
Figure 47 : Bassin de déphosphatation biologique (Seine amont)
70
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
© SIAAP
SEINE CENTRE (SEC)
LA PREMIÈRE USINE
NOUVELLE GÉNÉRATION
© SIAAP
Figure 48 : Usine Seine centre
• Localisation : Colombes (Hauts-de-Seine)
• Destination des eaux épurées : la Seine
• Date de mise en service : 1998
• Superficie : 4 ha
• Profil : usine présentant des techniques d’assainissement qui offrent d’excellentes performances épuratoires
et une durée de parcours de l’eau dans l’usine très courte.
• Particularité : conception architecturale novatrice pour la première usine du SIAAP à être compacte et
entièrement couverte pour éviter les nuisances.
• Rayon d’action : l’ouest de Paris et de l’agglomération parisienne.
• Population concernée : 1 million d’habitants
• Capacité de traitement : 240 000 m3 d’eau/j, doublée par temps d’orage
• Performances épuratoires : - MES :
98 %
- carbone (DBO) :
97 %
- azote (global NGL) : 70 %
- phosphore (total) :
94 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation physico-chimique et épuration biologique sur cultures fixées ;
- Boues : flottation, centrifugation et incinération (zoom).
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
OM
ZO
© SIAAP
25 min
1h30
2h
LE TRAITEMENT DES FUMÉES RÉSULTANT DE L’INCINÉRATION
DES BOUES
À Seine centre, 60 à 80 t de matière sèche sont incinérées chaque jour, produisant 15 à
20 t de cendres. L’usine compte quatre lignes d’incinération. Chaque ligne comprend une
suite d’équipements, dont le premier est un four à lit fluidisé (cf. chapitre IV et figure 33
p. 57). Les cendres produites par la combustion et emportées avec les fumées doivent être
piégées. Le dépoussiérage des fumées est assuré par des dépoussiéreurs électrostatiques
(ou électrofiltres). Les cendres récupérées sont soit valorisées comme matière première,
soit conduites vers des ISDD.
La température des fumées est modifiée à plusieurs reprises par le biais de différents
échangeurs (gaz/gaz, eau/fumée, etc.) afin de s’adapter aux contraintes thermiques. Elles
sont tout d’abord refroidies avant leur lavage.
Le traitement est ensuite complété par un passage dans deux tours humides (une acide et
une basique). En abaissant la température au-dessous de 100 °C (70 °C), une grande partie
de la vapeur est condensée, ce qui permet de capter le résiduel d’acides (chlorhydrique,
fluorhydrique), de réduire la teneur en dioxyde de soufre (gaz malodorant) et de piéger
des métaux (dont le mercure). Des filtres à manches permettent d’éliminer les poussières
résiduelles contenues dans les fumées. Un traitement catalytique final
permet d’éliminer les oxydes d’azote.
Le lavage des eaux de lavage des fumées produit un deuxième type
de déchet en quantité moindre : les REFIOM (Résidus d’épuration des
fumées d’incinération des ordures ménagères), contenant notamment
les métaux issus des tours humides et également évacués vers des ISDD.
Avant leur rejet dans l’atmosphère par une cheminée, les fumées
épurées sont réchauffées. La formation de panaches, constitués de
gouttelettes d’eau, est ainsi visuellement minimisée.
Figure 49 : Fours d’incinération des boues de nuit (Seine centre)
71
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
SEINE GRÉSILLONS (SEG)
LE FUTUR EN MARCHE
Figure 50 : Usine Seine Grésillons
© SIAAP / Le Bar Floréal - A. Lejarre
• Localisation : Triel-sur-Seine (Yvelines)
• Destination des eaux épurées : la Seine
• Date de mise en service : 2008 pour SEG 1 - 2012 pour SEG 2
• Superficie : 27 ha
• Profil : usine ayant mis en place l’automatisation de ses processus (zoom). Elle présente par ailleurs un très
haut niveau d’élimination des pollutions, une grande maîtrise des risques de nuisances olfactives et sonores et
l’intégration environnementale de ses bâtiments a été favorisée.
Pour aller plus loin :
• Particularité : à 500 m de la Seine, zone humide d’intérêt ornithologique de
SCIENCES DE LA VIE
5 ha aménagée au titre des mesures compensatoires.
> Gestion des espaces verts et
• Rayon d’action : une partie de l’agglomération parisienne et 17 communes du Valnaturels du SIAAP
d’Oise et des Yvelines (Aigremont, Andrésy, Beauchamp, Bessancourt, Boisemont,
Carrières-sous-Poissy, Chanteloup-les-Vignes, Franconville, Maurecourt, Médan,
Montigny-lès-Cormeilles, Orgeval, Pierrelaye, Poissy, Taverny, Triel-sur-Seine, Villennes-sur-Seine).
• Population concernée : 1 million d’habitants.
• Capacité de traitement : 300 000 m3 d’eau/j (100 000 pour SEG1 - 200 000 pour SEG2)
• Performances épuratoires : - MES :
97 %
- carbone (DBO) :
94 %
- azote (global NGL) : 82 %
- phosphore (total) :
92 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation physico-chimique et épuration biologique sur cultures fixées ;
- Boues : digestion et séchage thermique permettant la valorisation agricole ou énergétique.
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
M
O
O
Z
© SIAAP / Le Bar Floréal A. Lejarre
25 min
1h30
30 min
2h35
LE SYSTÈME DE GESTION AUTOMATISÉE
Pour permettre l’exploitation de l’usine Seine Grésillons sur cinq jours par semaine
avec deux équipes, un système de gestion automatisée très perfectionné a été mis en
place. L’usine est équipée de capteurs (représentant 4 500 points et 25 000 variables)
et d’automates de pilotage reliés au système centralisé de contrôle de commande (la
supervision, figure 51).
Ainsi, l’usine peut être pilotée de manière automatique sans présence humaine. La nuit
et le week-end, Seine Grésillons fonctionne avec deux agents d’astreinte à leur domicile.
En cas de déclenchement d’une alerte, ils sont prévenus automatiquement par appel
téléphonique.
Le système de supervision de l’usine peut, pour la première fois dans
le secteur de l’eau, être piloté par Wifi sécurisé à partir d’un ordinateur
portable. Les ordres concernant les opérations d’exploitation et
de maintenance sont transmis aux automates sans manœuvre ni
manipulation de boutons.
Figure 51 : Centre de gestion automatisée (Seine Grésillons)
72
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
MARNE AVAL (MAV)
HAUTE QUALITÉ ENVIRONNEMENTALE
ET HAUTE TECHNOLOGIE
• Localisation : Noisy-le-Grand (Seine-Saint-Denis)
• Destination des eaux épurées : la Marne
© SIAAP / Le Bar Floréal - L. Tura
• Date de mise en service : 2009
Figure 52 : Usine Marne aval
• Superficie : 3 ha
• Profil : usine compacte, construite selon les critères de Haute qualité environnementale et à la pointe de
la technologie de l’assainissement, qui remplace une ancienne station d’épuration du SIAAP, Marne aval 1
(construite en 1976 ; 30 000 m3/j sur 7 ha), afin d’en augmenter la capacité de traitement, améliorer les
performances épuratoires et réduire les nuisances olfactives et sonores pour les riverains.
• Particularité : seule station d’épuration du SIAAP rejetant dans la Marne et mise en place d’un traitement tertiaire.
• Rayon d’action : 16 communes de Seine-Saint-Denis et de Seine-et-Marne (Brou-sur-Chantereine, Champssur-Marne, Chelles, Coubron, Courtry, Gagny, Gournay-sur-Marne, Le Pin, Le Raincy, Montfermeil, Neuilly-surMarne, Noisy-le-Grand, Neuilly-Plaisance, Rosny-sous-Bois, Vaires-sur-Marne, Villemomble).
• Population concernée : 300 000 habitants
• Capacité de traitement : 75 000 m3/j par temps sec et 100 000 m3/j par temps de pluie
• Performances épuratoires : - MES :
97 %
- carbone (DBO) :
98 %
- azote (global NGL) : 86 %
- phosphore (total) :
94 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation physico-chimique, biofiltration, déphosphatation tertiaire et désinfection
par ultra-violets ;
- Boues : épaississement et incinération (zoom).
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
OM
ZO
© SIAAP / Le Bar Floréal
25 min
1h30
30 min
2h35
LA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE PAR TRAITEMENT THERMIQUE
DES BOUES
Dans le contexte très urbanisé de l’usine Marne aval, le traitement des boues par incinération
a été retenu pour ces avantages :
• absence d’odeurs et de bruits ;
• faible volume de cendres à évacuer, ce qui réduit les transports et donc les rejets de gaz à
effet de serre ainsi que les nuisances pour les riverains.
Après mélange, épaississement et déshydratation, les boues sont détruites par oxydation
thermique dans un four à lit de sable fluidisé (figure 53). Les fumées sont évacuées après
dépoussiérage, piégeage et neutralisation des gaz acides et des traces de métaux lourds,
et annihilation des oxydes d’azote par catalyse. À la sortie du traitement des fumées, des
analyseurs mesurent en continu la qualité des rejets.
Autre avantage, l’incinération requiert très peu d’énergie. Une fois le
four préchauffé, la combustion s’autoalimente avec les boues qui y sont
brûlées. Enfin, la chaleur dégagée est récupérée par un échangeur qui
la transforme en vapeur, permettant de chauffer des locaux de l’usine
et de faire tourner une turbine qui fournit de l’électricité.
Figure 53 : Installation d’un four à lit de sable fluidisé (Marne aval)
73
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
SEINE MORÉE (SEM)
L’ÉCO-USINE
Figure 54 : Usine Seine Morée
(vue en image de synthèse)
• Localisation : Le Blanc-Mesnil (Seine-Saint-Denis)
• Destination des eaux épurées : la Morée (affluent indirect de la Seine)
• Date de mise en service : 2013
Pour aller plus loin :
• Superficie : 2,5 ha
GÉOGRAPHIE
• Profil : la plus petite des usines du SIAAP, une conjuguaison de nombreux
> L’usine Seine Morée,
critères de développement durable (conception architecturale et paysagère,
un éco-projet
énergies renouvelables, récupération d’eau de pluie, réouverture de la rivière
Pour aller plus loin :
de la Morée sur le site de l’usine).
SCIENCES DE LA VIE
• Particularité : une boucle de synergie industrielle publique inédite avec le
49
Syndicat intercommunal de traitement des ordures ménagères (SYCTOM ) pour
> La restauration de cours
d’eau “égouts”, la Morée
le traitement et la valorisation simultanés des boues d’épuration et des biodéchets,
traitement par méthanisation dans l’usine commune SIAAP/ SYCTOM, voisine de
Seine Morée, et retour des eaux résiduaires à Seine Morée pour y être dépolluées.
• Rayon d’action : 6 communes (Aulnay-sous-Bois, Le Blanc-Mesnil, Sevran, Tremblay, Vaujours et Villepinte) et
une partie de l’aéroport de Roissy-Charles-de-Gaulle.
• Population concernée : 200 000 habitants
• Capacité de traitement : 52 000 m3 d’eau/j par temps sec et de 76 500 m3 d’eau/j par temps de pluie
• Performances épuratoires : - MES :
99 %
- carbone (DBO) :
95 %
- azote (global NGL) : 70 %
- phosphore (total) :
95 %
• Procédés mis en œuvre :
- Eaux : prétraitement, décantation, tamisage, épuration biologique par boues activées avec déphosphatation
biologique et séparation membranaire (zoom) ;
- Boues : digestion avec les biodéchets et production d’un compost pour l’agriculture et valorisation de
l’énergie pour l’extérieur et les besoins propres de l’usine.
• Durée des traitements de l’eau :
10 min
M
O
O
Z
1h
15 h
16 h
LES MEMBRANES D’ULTRAFILTRATION
L’objectif de la filtration membranaire est de répondre aux contraintes de traitement
imposées par les directives européennes (notamment la Directive cadre sur l’eau), mais aussi
aux contraintes liées à l’exiguïté du site. Ce procédé remplace la clarification conventionnelle
des boues activées, et donc, permet de gagner de l’espace.
Le système est constitué de filaments creux en matière synthétique (figure 55), percés d’une
multitude de trous, pour une surface totale de filtration de 97 000 m2.
Le diamètre des pores tient de l’infiniment petit : 0,000035 mm, soit
près de 3 000 fois inférieur à celui d’un cheveu. L’ultrafiltration peut
retenir les microparticules dont la taille est comprise entre 0,1 et 1 µm,
ce qui correspond à la taille des colloïdes, des macromolécules, des
bactéries et de certains virus. L’eau en sortie des membranes répond
à la qualité bactériologique de la directive eau de baignade de 2006.
Figure 55 : Membranes d’ultrafiltration
© Degrémont (Ultrafor)
74
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
49/ Le SYCTOM, l’agence métropolitaine des déchets ménagers, est un syndicat intercommunal qui traite et valorise les
déchets ménagers de 5,7 millions d’habitants de 84 communes adhérentes de l’agglomération parisienne.
© Degrémont
C. PRÉSENTATION D’UNE FILIÈRE COMPLÈTE :
L’EXEMPLE DE L’USINE SEINE CENTRE
Afin de mieux appréhender l’enchaînement de tous les procédés évoqués précédemment, il est
intéressant d’observer la filière globale de traitement des eaux usées d’une station d’épuration.
Même si les équipements varient, les procédés mis en œuvre lors du prétraitement et du traitement
primaire sont globalement similaires. L’étape de traitement tertiaire demeurant exceptionnelle,
c’est la nature du traitement secondaire qui différencie principalement les stations d’épuration. Les
techniques et la filière de valorisation des boues d’épuration sont également très variées. Parmi
les six usines du SIAAP, nous avons choisi de vous présenter schématiquement la filière globale
de traitement des eaux et des boues, ainsi que la désodorisation dans la station d’épuration Seine
centre à Colombes (92).
• Contexte
Au début des années 1990, 80 % des eaux usées de l’agglomération parisienne sont épurées au
sein de l’usine Seine aval. Les populations riveraines de cette station d’épuration hors norme se
plaignent des nuisances olfactives. Le SIAAP envisage donc une décentralisation de ses moyens
d’épuration afin, notamment, de délester cette usine. Une réflexion est engagée autour de trois
axes principaux :
- la réduction ou l’élimination des nuisances ;
- la révision des objectifs de traitement pour la protection du milieu récepteur prenant en compte
l’évolution de la législation (directives européennes) ;
- la réduction des flux de pollution déversés par temps de pluie.
Le SIAAP décide de construire trois nouvelles stations d’épuration :
- une à Colombes (Seine centre) ;
- une en aval de Seine aval (Seine Grésillons) ;
- une au nord-est de Paris (Seine Morée).
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
> Repères chronologiques des stations
d’épuration du SIAAP
La localisation de la station d’épuration de Colombes, implantée entre Paris et Seine aval, est justifiée
par l’existence d’un site en bord de Seine déjà affecté à des activités d’assainissement depuis
un siècle. Propriété de la Ville de Paris, il comprend une usine de pompage, un centre de recherche,
une petite station d’épuration expérimentale et un laboratoire d’analyse des eaux. De plus, il est
desservi par l’émissaire général Clichy-Colombes. Il présente néanmoins de fortes contraintes dont
découlent en partie les caractéristiques de la nouvelle usine :
- la proximité de secteurs résidentiels, d’activités industrielles et de loisirs ;
- la faible superficie disponible : 4 ha ;
- la présence d’une halle historique servant de station de pompage.
L’usine est remarquable à plus d’un titre en termes :
- de performances ;
- de conception architecturale, d’intégration dans le paysage et de prévention des nuisances
sonores et olfactives ;
- de gestion des flux.
75
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
• Performances
Quelques années avant la construction de l’usine Seine centre, la Directive européenne eaux
résiduaires urbaines (DERU, voir encadrés pages 10 et 37) impose aux agglomérations de plus de
15 000 habitants la mise en place d’un traitement secondaire des eaux usées avant la fin de l’année
2000. L’usine, mise en eau en 1998, se doit donc d’épurer les eaux usées de Paris a un degré poussé,
éliminant non seulement les matières en suspension et la pollution carbonée, mais aussi une forte
proportion des pollutions azotées et phosphatées.
Sa situation au cœur d’un tissu urbain dense et la superficie réduite du terrain qu’elle occupe ont
conduit au choix de la biofiltration pour le traitement secondaire des eaux usées. Pour les mêmes
raisons, le procédé d’incinération des boues sur place a été privilégié, permettant d’éviter le
transport par camions des boues transformées en engrais organiques vers les exploitations agricoles.
• Conception
Le terrain exigu a impliqué de concevoir une station d’épuration compacte et sur plusieurs niveaux,
ce qui était un défi organisationnel. Une autre contrainte est liée à la présence à proximité immédiate
de l’usine élévatoire de Colombes, construite en 1901. Témoin de l’architecture industrielle du XIXe
siècle, la halle en briques est inscrite à l’Inventaire supplémentaire des monuments historiques.
Aussi, l’usine Seine centre a dû être construite en grande partie sous le niveau du sol. L’emprise des
installations est limitée à 2 hectares en superstructure, pour une hauteur comparable à celle de la
halle. De plus la proximité des habitations a ammené à couvrir complètement l’usine pour éviter
les nuisances olfactives et sonores. Seine centre est également dotée d’un système de lavage des
fumées très performant.
D’un point de vue esthétique, la construction industrielle de Seine
centre met en valeur sa technicité à travers une gigantesque
façade vitrée qui donne sur les fours d’incinération des boues. De
nouveaux espaces verts ont été implantés sur le site.
Pour aller plus loin :
HISTOIRE
> L’usine élévatoire de Colombes
La Cité de l’Eau et de l’Assainissement
• Gestion des flux
Enfin, Seine centre bénéficie d’une gestion des flux très performante. Elle permet d’absorber les
surplus d’eau liés aux pluies d’orage, évitant ainsi les dégâts sur le milieu naturel. L’installation
peut traiter par temps de pluie un débit instantané d’eau 3 à 4 fois supérieur à celui de temps
sec. Par temps de pluie (fonctionnement de quelques heures lors d’épisodes pluvieux importants),
afin d’accueillir un débit plus important, le traitement biologique se fait en une seule étape, et sur
l’ensemble des filtres fonctionnant en parallèle ; ces derniers, alors, n’éliminent plus les nitrates
formés par la transformation de l’azote ammoniacal.
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SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Principe
PRÉTRAITEMENTS
Type d'équipements
Pollutions éliminées
• 4 grilles à râteau (espacement : 40 mm)
• 4 grilles à peigne (espacement : 15 mm)
• 6 tamis (espacement : 6 mm)
• 6 bassins rectangulaires combinés de
Dessablage
dessablage/dégraissage
• reprise des sables par pont racleur
• diffusion de microbulles d’air par pompes
Déshuilage
aératrices
• reprise des graisses par pont racleur de surface
TRAITEMENTS PRIMAIRES
• 9 décanteurs physico-chimiques :
clarifloculation + décantation lamellaire
Décantation lamellaire
• réactifs injectés : chlorure ferrique + polymères
physico-chimique
• déphosphatation physico-chimique sous forme
de précipitation de sels métalliques
TRAITEMENTS SECONDAIRES (BIOLOGIQUES)
• 24 biofiltres à lit de billes d’argile (milieu
aérobie)
Cultures fixées
• 29 biofiltres à lit de billes de polystyrène
sur biofiltres
(nitrification en milieu aérobie)
• 12 biofiltres à lit de billes d’argile (postdénitrification au méthanol en milieu anoxique)
TRAITEMENT DES BOUES
• 10 centrifugeuses (boues primaires et
biologiques)
Épaississement
• 4 flottateurs cylindro-coniques (eaux de lavage
des biofiltres)
Incinération
• 4 fours à lit fluidisé
TRAITEMENT DES ODEURS
Désodorisation
• 4 tours de lavage
chimique
Dégrillage
grossières
sables
huiles, graisses,
hydrocarbures
MES, phosphore
carbone
azote
boues primaires et
biologiques
gaz odorants
Figure 56 : Équipements en place dans l’usine Seine centre
77
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Figure 57 : Filières de traitement des eaux et des boues, et désodorisation de l’usine Seine centre
FILIÈRE ODEURS
FILIÈRE EAU
Alimentation
en air vicié
Émissaire
DÉCANTATION PHYSICO-
PRÉTRAITEMENT
Dégrillage
Dessablage-dégraissage
CENTRIFUGATION
Tamisage
Boues
physico-chimiques
Élimination des matières
en suspension et du phosphore
FLOTTATION
Valorisation ou
élimination des cendres
78
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
TOURS DE DÉSODORISATION CHIMIQUE
Acide
Sulfurique
Javel
Soude
-CHIMQUE
REJET À L’ATMOSPHÈRE
Thiosulfate
de sodium
BIOFILTRATION
Élimination du
carbone
Nitrification
REJET À
LA SEINE
Dénitrification
Élimination de l'azote
FILIÈRE BOUES
Boues biologiques
issues des biofiltres
INCINÉRATION
Four à lit
de sable fluidisé
Échangeur
de chaleur
TRAITEMENT DES FUMÉES
Filtre
électrostatique
Lavage
acide basique
Filtre
à manche
REJET À
L'ATMOSPHÈRE
Tour
catalytique
Cheminée
79
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
D. LA CONSTRUCTION D’UNE USINE DE TRAITEMENT AU SIAAP
Afin d’illustrer le gigantisme des usines du SIAAP, ce livret s’achève par la présentation des travaux
titanesques mis en œuvre lors de la construction de nouveaux équipements d’épuration des eaux usées.
L’exemple de la construction des trois équipements DERU à Seine aval
En septembre 2011, Nathalie Kosciusko-Morizet, alors ministre de l’Écologie, du développement
durable, des transports et du logement, est venue assister à la mise en eau de trois nouveaux
équipements à l’usine d’épuration de Seine aval (78). Ces installations ont permis à l’usine de se
mettre en conformité avec la Directive eaux résiduaires urbaines (DERU, cf. encadré page 10) en
éliminant 70 % de la pollution azotée des eaux usées.
Ce chantier de très grande ampleur a nécessité la mobilisation de centaines de personnes, de
milliers de tonnes de matériel et s’est échelonné sur plusieurs années. Afin de mieux rendre compte
de ces travaux colossaux, voici quelques données représentatives.
• Planning :
- 5 mois d’études de conception
- 28 mois de travaux
- 5 mois de mise en route
- 12 mois de période d’observation
1
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3
4
5
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7
8
9
10
11
12
• Travaux :
> terrassement :
- 450 000 m3 de terre déplacée (soit la surface de
la cathédrale Notre-Dame de Paris sur 85 m de
hauteur) 1
> ferraillage :
- 9 000 t d’acier (la tour Eiffel pèse 7 200 t)
- 1 000 inserts métalliques
2
> bétonnage :
- 70 000 m3 de béton (soit la surface d’un stade de
rugby sur 10 m de hauteur) 3
- 11 000 toupies de béton
> réseaux extérieurs :
- 15 km de réseaux enterrés
- 600 m de carneaux 5
4
> réalisation :
- 17 grues 6
- 600 personnes sur le chantier
- 2 000 000 d’heures de travail
- 12 000 documents
• Équipements :
- 1 600 km de câbles (soit un aller-retour Paris-Marseille)
- 1 400 moteurs 8
- 7 000 vannes 9
- 300 pompes 10
- 1 200 instruments de mesure 11
- 45 km de réseaux inox 12
- 21 ponts roulants
- 55 monorails
7
Figure 58 : Construction des équipements DERU à Seine aval
© SIAAP / Bar Floréal - A. BÉRAUD pour toutes les photos de la page
80
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Glossaire
AÉROBIE
Présence de dioxygène libre, qui accepte de l’hydrogène pour donner de l’eau. L’aérobie caractérise
un milieu riche en dioxygène moléculaire.
ANAÉROBIE
Absence de dioxygène libre et de liaison minérale de l’oxygène. L’anaérobie caractérise un milieu
exempt de dioxygène moléculaire et de nitrates.
ANOXIE
Absence de dioxygène libre, mais présence de liaisons minérales de l’oxygène, comme NO3 ou SO4,
qui subissent une réduction chimique en cédant leur O. Milieu dans lequel l’absence de dioxygène
moléculaire force certaines bactéries à utiliser l’oxygène des nitrates pour respirer.
ASSAINISSEMENT
Ensemble des techniques de collecte de transport et de traitement des eaux usées avant leur rejet
dans le milieu naturel.
AUTOÉPURATION
Ensemble des processus naturels permettant à un milieu pollué de retourner à son état originel.
L’action des micro-organismes en est le principal moteur.
BIOGAZ
Gaz produit par la fermentation de matières organiques, animales ou végétales, en l’absence d’oxygène ;
il est composé essentiellement de méthane (CH4, 65 %) et de dioxyde de carbone (CO2, 35 %).
BOUES D’ÉPURATION
• Boues activées : technique de l’épuration biologique utilisant une forte concentration de microorganismes épurateurs en cultures libres.
• Boues à traiter : résidus produits lors de différentes étapes de dépollution des eaux usées dans
une station d’épuration (décantation primaire, clarification). Elles sont composées d’eau et de
substances minérales et organiques. Ces boues subissent plusieurs traitements en vue de leur
valorisation ou de leur élimination.
• Boues primaires : boues extraites au cours des traitements primaires (décantation).
• Boues secondaires : boues extraites au cours des traitements biologiques (ou secondaires), très
riches en micro-organismes vivants.
CLARIFICATION
Étape de l’épuration biologique assurant la séparation de l’eau épurée et des boues activées par
une décantation. L’eau peut alors être rejetée dans la rivière.
CLARIFLOCULATION
Décantation compacte associée à un traitement chimique permettant de diminuer le temps de
traitement.
81
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
COLLOÏDE
Particule très fine qui ne décante pas naturellement.
COMPOSTAGE
Filière de valorisation des boues – reposant sur le mélange de boues déshydratées et de co-produits
(déchets verts, ordures ménagères, etc.) – permettant d’obtenir un compost, par la transformation
d’une partie de la matière organique (dégradée par des bactéries) en gaz carbonique, eau et matière
minérale assimilable par les végétaux.
CUNETTE
Canal d’écoulement de l’eau usée, situé au fond du collecteur et entouré d’une ou deux banquettes
de visite qui le surplombent.
DÉBÂTISSAGE
Action consistant à décoller et à faire tomber des plaques de boues déshydratées, appelées
“gâteaux”, serrées entre les plateaux d’un filtre-presse. Le débâtissage peut être manuel ou
automatique, selon l’équipement en place.
DÉCANTATION PRIMAIRE
Technique physique qui permet d’éliminer les particules en suspension en les laissant se déposer
dans un bassin, puis en les retirant à l’aide d’un racleur et d’une pompe. La technique devient
physico-chimique si l’on utilise des réactifs pour rendre plus efficace le processus. Cette étape
conduit à la production de boues.
DÉCHET ULTIME
Déchet qui ne peut plus être susceptible d’être traité dans les conditions techniques et économiques
du moment, notamment par extraction de la part valorisable ou par réduction de son caractère
polluant ou dangereux.
DÉGRILLAGE
Première étape du prétraitement destinée à retenir les déchets volumineux au moyen de grilles.
DESSABLAGE
Étape du prétraitement destinée à retirer les sables et matières minérales lourdes déposées au fond
du bassin.
DESHUILAGE (OU DÉGRAISSAGE)
Étape du prétraitement destinée à retirer les graisses remontées à la surface du fait de leur densité
plus faible que celle de l’eau.
DIGESTEUR
Enceinte au sein de laquelle le procédé de méthanisation permet de produire du biogaz.
EAU ÉPURÉE
Eau débarrassée de ses diverses pollutions par un système d’assainissement. L’eau épurée est
rejetée dans une rivière sans que cela nuise à l’écosystème, mais elle n’est pas potable.
EAU USÉE
Eau chargée de divers polluants après avoir été utilisée. Les eaux usées comprennent les eaux
domestiques (douche, toilettes, vaisselle, lessive, etc.), industrielles et pluviales.
82
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
ÉGOUT
Le réseau public de collecte est l’appellation qui, depuis la loi sur l’eau de 2006, remplace le terme
“égout”. Il recueille les eaux usées d’une ville – eaux domestiques (ménagères et de toilettes),
industrielles (parfois prétraitées) et eaux pluviales – et les évacue vers une station d’épuration. Il
comprend les canalisations gérées par les communes (collectant les eaux des habitations) et les
départements, les collecteurs (recueillant l’eau de ces canalisations) et les émissaires (recueillant
l’eau des collecteurs). Les collecteurs et émissaires présentent des diamètres compris entre 2,5 et
6 m et sont situés à une profondeur pouvant atteindre 100 m.
ÉPANDAGE AGRICOLE
Action de disperser des produits sur des terres agricoles. Dans le contexte de l’assainissement, le
terme désigne la pratique qui, aux XIXe et XXe siècles, consiste à utiliser les eaux usées pour irriguer
et fertiliser des cultures ; désormais désormais, il s’agit principalement des boues d’épuration
(déshydratées ou plus récemment séchées sous forme de granulés).
ÉPURATION BIOLOGIQUE
Étape permettant de supprimer les pollutions dissoutes par l’action des bactéries présentes
naturellement dans les eaux usées. Deux classes de techniques sont employées : les cultures libres
de bactéries (dites “boues activées”) et les cultures fixées (sur un matériau support).
ÉQUIVALENT-HABITANT (EH)
Quantité moyenne de pollution produite par jour et par personne. Cette unité de mesure permet
d’évaluer la capacité de traitement d’une station d’épuration. 1 EH = 60 g de DBO5 / jour.
EUTROPHISATION
Phénomène de prolifération algale ou végétale dans un milieu aquatique, affectant les usages de
l’eau et la vie aquatique. Ce phénomène est imputable à l’enrichissement des eaux en éléments
nutritifs (phosphates, nitrates).
LIXIVIAT
Liquide filtrant par percolation d’une eau à travers un matériau, désigne notamment les jus issus de
déchets, de décharges ou de composts. On parle aussi de percolat.
MATIÈRE ORGANIQUE
Matière constitutive des êtres vivants, animaux ou végétaux, en vie ou en phase de décomposition.
MATIÈRES
• décantables : éléments suffisamment lourds pour se déposer au fond d’un récipient ;
• dissoutes : composés minéraux ou organiques solubles dans l’eau ;
• en suspension (MES) : éléments fins mêlés à l’eau sans avoir un impact ;
• volatiles : quantité de matière organique du résidu sec assimilée à la fraction organique des MES.
MICRO-ORGANISME
Organisme vivant microscopique.
MICROPOLLUANT
Substance qui, en raison de sa toxicité, de sa persistance et de sa bioaccumulation, est de nature
à altérer les fonctions métaboliques des êtres vivants. Un micropolluant est susceptible d’avoir un
impact à une concentration très faible. On distingue les micropolluants métalliques (inorganiques)
et les micropolluants chimiques (organiques).
83
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
NUTRIMENTS
Éléments chimiques nécessaires à la croissance végétale. Leur excès dans un milieu aquatique
provoque le phénomène d’eutrophisation.
PATHOGÈNE
De nature à provoquer une maladie.
POLLUANTS ÉMERGENTS
Polluants peu analysés et étudiés jusqu’à présent et dont les effets sur l’environnement et la santé
humaine sont encore mal identifiés. Les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et phytosanitaires
font partie de cette catégorie de polluants.
SICCITÉ
Pourcentage massique de matières sèches. La siccité des boues d’épuration est évaluée par la
quantité de solide restant après un chauffage à 110 °C pendant deux heures. Une boue présentant
une siccité de 5 % est caractérisée par une teneur en eau de 95 %.
STATION DE TRAITEMENT DES EAUX USÉES (STEU)
Ensemble d’équipements situés au débouché d’un réseau d’égouts et assurant la dépollution des
eaux usées avant leur rejet dans un cours d’eau, un lac ou un océan. Une station de traitement
des eaux usées, communément appelée “station d’épuration”, implique différents procédés de
traitement physico-chimiques et biologiques pour extraire les divers polluants contenus dans les
eaux : dégrillage, dessablage, déshuilage, décantation, épuration biologique, clarification. Le
traitement des produits de l’épuration (principalement les boues) et des odeurs est également
intégré.
TRAITEMENT DES BOUES
Ensemble des processus physiques, thermiques, chimiques et biologiques qui modifient les
caractéristiques des boues de manière à en réduire les nuisances, le volume et la part d’eau, à en
faciliter la manipulation et dans la mesure du possible, à en favoriser la valorisation.
84
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
Table
des
illustrations
I. CADRE GÉNÉRAL DE L’ASSAINISSEMENT
A. CONTEXTE RÉGLEMENTAIRE ET GÉOGRAPHIQUE
Figure 1 : La zone de collecte du SIAAP
13
B. ORIGINE ET CARACTÉRISATION DES EAUX USÉES
Figure 2 : Répartition des effluents du SIAAP
15
II. COLLECTE ET TRANSPORT DES EAUX USÉES
A. CARACTÉRISTIQUES DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
Figure 3 : Deux types de réseaux d’assainissement : unitaire et séparatif
22
B. DESCRIPTION DES RÉSEAUX D’ASSAINISSEMENT
Figure 4 : Coupe schématique d’un égout, de deux collecteurs et d’un émissaire
24
III. TRAITEMENT DES EAUX USÉES
A. PRÉTRAITEMENTS
Figure 5 : Dégrillage
Figure 6 : Tamisage rotatif
Figure 7 : Refus de grilles essorés
Figure 8 : Dessablage-dégraissage
27
27
28
30
B. DÉCANTATION PRIMAIRE
Figure 9 : Décanteur circulaire à pont tournant sur l’axe central
Figure 10 : Décantation lamellaire à plaque
Figure 11 : Décantation physico-chimique
31
32
33
C. TRAITEMENTS SECONDAIRES
Figure 12 : Bactéries
Figure 13 : Protozoaires ciliés - bouquet de Péritriches (Vorticella sp.)
Figure 14 : Vers métazoaire - Rotifère (Lecane sp.)
Figure 15 : Prescriptions relatives aux rejets des stations d’épuration en zone sensible
Figure 16 : Floc bactérien
Figure 17 : Épuration biologique par boues activées
Figure 18 : Réacteur biologique séquentiel
Figure 19 : Lit bactérien
Figure 20 : Épuration biologique par biofiltration
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SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
D. TRAITEMENTS TERTIAIRES
Figure 21 : Chambre d’irradiation par UV (Marne aval)
Figure 22 : Radiations UV en fonction de la longueur d’onde (nm)
Figure 23 : Domaines de séparation des techniques membranaires à gradient de pression
Figure 24 : Bioréacteur à membrane
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IV. TRAITEMENT DES BOUES
A. CARACTÉRISTIQUES DES BOUES
B. DEVENIR DES BOUES
Figure 25 : Stock de boue destiné à une valorisation agronomique (Seine aval)
49
C. PROCÉDÉS DE TRAITEMENT DES BOUES
Figure 26 : Digestion anaérobie
Figure 27 : Épaississement statique gravitaire
Figure 28 : Flottation
Figure 29 : Centrifugation
Figure 30 : Conditionnement thermique
Figure 31 : Filtration sous presse
Figure 32 : Séchage
Figure 33 : Incinération
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57
V. TRAITEMENT DES ODEURS
A. CARACTÉRISTIQUES DES ODEURS EN STATION D’ÉPURATION
Figure 34 : Réactions entraînant la formation de gaz précurseurs d’odeurs
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B. PROCÉDÉS DE DÉSODORISATION
Figure 35 : Désodorisation chimique
Figure 36 : Désodorisation biologique
61
62
VI. ASSAINISSEMENT AU SIAAP
Figure 37 : Ouvrages du SIAAP (réseau, stockage, usines)
63
A. RÉSEAU DU SIAAP
Figure 38 : Vue intérieure d’un collecteur et d’un émissaire du SIAAP
Figure 39 : Creusement à l’aide d’un micro-tunnelier
Figure 40 : Pompes d’un poste de relevage du SIAAP (Usine de prétraitement de Clichy)
Figure 41 : Vue intérieure de TIMA (en construction)
Figure 42 : La salle de contrôle de MAGES
86
SCIENCES ET TECHNIQUES / COLLÈGE ET LYCÉE
64
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67
B. USINES DU SIAAP
Figure 43 : Légende des différents procédés d’épuration des usines du SIAAP
Figure 44 : Usine Seine aval
Figure 45 : Sphère de stockage du biogaz (Seine aval)
Figure 46 : Usine Seine amont
Figure 47 : Bassin de déphosphatation biologique (Seine amont)
Figure 48 : Usine Seine centre
Figure 49 : Fours d’incinération des boues de nuit (Seine centre)
Figure 50 : Usine Seine Grésillons
Figure 51 : Centre de gestion automatisée (Seine Grésillons)
Figure 52 : Usine Marne aval
Figure 53 : Installation d’un four à lit de sable fluidisé (Marne aval)
Figure 54 : Usine Seine Morée (vue en image de synthèse)
Figure 55 : Membranes d’ultrafiltration
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74
C. PRÉSENTATION D’UNE FILIÈRE COMPLÈTE : L’EXEMPLE DE L’USINE SEINE CENTRE
Figure 56 : Équipements en place dans l’usine Seine centre
Figure 57 : Filières de traitement des eaux et des boues, et désodorisation de Seine centre
77
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D. LA CONSTRUCTION D’UNE USINE DE TRAITEMENT AU SIAAP
Figure 58 : Construction des équipements DERU à Seine aval
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AUTEURS :
• Clotilde Marcel et Francis Pastor.
CONSEILLERS SCIENTIFIQUES :
• Catherine Paffoni (responsable du service “expertise et prospective – process et
milieu naturel” à la Direction du développement et de la prospective du SIAAP)
• Michel Gousailles (Directeur général adjoint du SIAAP chargé de la prospective).
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www.siaap.fr
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