Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT OPTION : EAU ET ASSAINISSEMENT
Présenté et soutenu publiquement le 23 janvier 2017 par : J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI
Travaux dirigés par :
Michel SENTEX Dr.-Ing. Seyram SOSSOU Ingénieur à SATESE 31 Laboratoire Enseignant-Chercheur à 2iE Départemental 31 de la Haute-Garonne, Département Eau et Assainissement Toulouse, France Ouagadougou, Burkina Faso
Jury d’évaluation du stage : Président : Anderson ANDRIANISA Membres et correcteurs : Yacouba KONATE Seyram SOSSOU
Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org
Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
DEDICACE
Je dédie ce mémoire de fin de cycle à toutes les victimes de la révolution des 30 et 31 octobre 2014 dans le pays des hommes
intègres, le Burkina Faso.
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REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, je voudrais ici traduire ma gratitude et ma reconnaissance au Laboratoire Département 31 et aux personnes qui ont participé à sa réalisation ; A Mme Michelle SELVE, Directrice du Laboratoire Départemental 31 pour m’avoir accepté pour le stage et m’avoir ouvert les portes du laboratoire ; A mes encadreurs : Michel SENTEX, Responsable du SATESE 31 et Dr.-Ing. Seyram SOSSOU, Enseignant-chercheur à 2iE, pour leur disponibilité, l’encadrement et les conseils durant tout le stage ; Je remercie tout particulièrement l’équipe du SATESE-MVAB, Isabelle Nybelen, Alexandre Barbe, Jérôme Cayuela, Lionel Garric, Jérôme Pelfort, Jean-Louis Fanielle, Flavien Chastanet pour la bonne ambiance avec laquelle ils m’ont accueilli parmi eux tout le long de mon stage, pour avoir consacré du temps à répondre à mes multiples questions et préoccupations. Je tiens à remercier M. Alain BARON, Ingénieur d'Etudes Sanitaires de la Délégation Départementale de la Haute-Garonne | PGAS Pôle Eau et M. Patrice PAIUSCO, Responsable des Prélèvements, Contrôle et Diagnostic pour ses appuis techniques tout le long de mon stage.
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RESUME : Les rejets des stations de traitement des eaux usées peuvent dégrader la qualité des milieux récepteurs à l’instar des cours d’eau. Ce travail a pour objectif d’étudier l’impact de la pollution des rejets d’eaux usées sur les milieux naturels afin de contribuer à la protection de l’environnement. Cette étude a porté sur au total cinq (5) stations de traitement des eaux usées (STEU) dont trois (3) possédant des Zones de Rejets Végétalisées (ZRV) à leur aval et deux (2) sans ZRV et servant de stations témoins. Les performances épuratoires des STEU et des ZRV ont été évaluées par la détermination des paramètres physico-chimiques et microbiologiques. L’impact des rejets sur les milieux naturels notamment les cours d’eau récepteurs a été évalué par une comparaison des paramètres de pollution à la réglementation basé sur le bon état écologique des milieux aquatiques. Les résultats montrent que les performances épuratoires des cinq stations sont toutes conformes à la règlementation. Les ZRV ont un bon rendement d’abattement des E. coli au-delà des 80%. Les ZRV apportent également un abattement notable sur les nitrates de l’ordre de 56%. Par contre la performance au niveau de la pollution organique
(DCO, DBO5) et de la pollution physique (MES) est faible. Pour le phosphore, les ZRV n’ont apporté aucun traitement supplémentaire. Au niveau du cours d’eau comme milieu récepteur naturel, seule deux stations exercent une pression (azote et phosphore) sur l’état écologique des cours d’eau. Ces résultats permettront un meilleur suivi du fonctionnement des ZRV et une réduction des impacts des rejets des STEU sur les milieux récepteurs. Mots Clés : 1 - Eaux usées
2 - Performance épuratoire
3 - Milieu naturel
4 - Zones de Rejets Végétalisées
5 – Impact des rejets
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ABSTRACT Releases from wastewater treatment plants can degrade the quality of receiving environments like watercourses. The aim of this work is to study the impact of pollution of wastewater discharges on natural environments in order to contribute to the protection of the environment. This study involved a total of five (5) wastewater treatment plants (STEU) of which three (3) had Vegetalized Release Areas (ZRV) downstream and two (2) had no ZRV and served as control stations. The purification performance of STEU and ZRV was evaluated by the determination of physicochemical and microbiological parameters. The impact of discharges on receiving watercourses was assessed by a comparison with the regulations on the good ecological status of aquatic environments. The results show that the purification performance of the five stations all comply with the regulations. ZRV perform well in the order of 96% and 81% of E. coli for two stations. The ZRV also have a significant nitrogen abatement of around 56%. On the other hand, performance in terms of organic pollution (DCO, DBO5) and physical pollution (MES) is low. On the phosphorus the ZRV have not brought any further improvement. At the level of the watercourse as a natural receiving environment, only two stations put pressure on the ecological state of the rivers. These results will allow a better monitoring of the operation of the ZRV and a reduction of the impacts of the releases of the STEU on the receiving environments. Key words:
1 - Wastewater 2- Removed efficiency 3- Natural environment 4- Vegetated Areas Releases 5 – Releases impact
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SIGLES ET ABREVIATIONS AG : Agence de l’Eau AEAG : Agence de l'eau Adour-Garonne ARS : Agence Régionale de la Santé BA : Boue Activée BDERU : Base de Données des Eaux Résiduaires Urbaines CEE : Communauté Economique Européenne COFRAC : Comité Français d’Accréditation DCE : Directive Cadre de l’Eau DERU : Directive des Eaux Résiduaires Urbaines DDASS : Direction Départementale des Affaires Sanitaires et Sociales DDT : Direction Départemental des territoires EH : Equivalent Habitant ERU : Eaux Résiduaires Urbaines EPNAC : Evaluation des Procédés Nouveaux d’Assainissement Collectif
INSEE : Institut national de la statistique et des études économiques
OIE : l’Office International de l’Eau LD31-EVA : Laboratoire Départemental 31 Eau-Vétérinaire-Air RSA : Réseau de station d’Alerte SATESE : Service d’Assistance Technique aux Exploitants de Stations d’Epuration SMEA : Syndicat Mixte de l’Eau et de l’Assainissement STEU : Station de traitement des eaux usées ZRV : Zone de Rejet Végétalisée
v J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : Cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
TABLE DES MATIERES
DEDICACE ...... i REMERCIEMENTS ...... ii RESUME : ...... iii ABSTRACT ...... iv SIGLES ET ABREVIATIONS ...... v TABLE DES MATIERES ...... vi LISTE DES TABLEAUX ...... ix LISTE DES FIGURES ...... x INTRODUCTION ...... 1
I. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ...... 3
1. DEFINITION DE LA STEU ...... 3
2. DEFINITION DES ZONES DE REJETS VEGETALISEES ...... 3
3. LES DIFFERENTS TYPES DE STEU ET LEUR MODE DE FONCTIONNEMENT ...... 4 3.1 Station à boues activées ...... 4 3.2 Station à filtres plantés de roseaux ...... 4 3.3 Station de lagunage naturel ...... 4 3.4 Station à lit bactérien ...... 5 3.5 Station à filtre à sable ...... 5
4. LES DIFFERENTS TYPES DE ZONES DE REJETS VEGETALISEES ET LEUR FONCTION ...... 5 4.1 Les différents types de zones de rejets végétalisées ...... 5 4.2 Les différentes fonctions des zones de rejets végétalisées ...... 6
5. CONCEPTION ET FONCTIONNEMENT DES ZRV ...... 7 5.1 Conception des Zones de Rejets Végétalisées ...... 7 5.2 Fonctionnement des Zones de Rejets Végétalisées ...... 8
6. ASSOCIATION DES STEU ET DES ZRV ...... 8
7. LES STEU EN FRANCE ET EN HAUTE-GARONNE...... 9 7.1 Les STEU en France ...... 9 7.2 Les STEU en Haute-Garonne ...... 9
8. LES ZONES DE REJETS VEGETALISEES EN FRANCE ET EN HAUTE-GARONNE ...... 10
9. REGLEMENTATIONS ET NORMES SUR LA QUALITE A L’AVAL DES STEU ET SUR LES REJETS
AU MILIEU RECEPTEUR ...... 12
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9.1 Réglementation en vigueur ...... 12 9.2 La norme en vigueur ...... 12
10. EVALUATION DE L’IMPACT DES STEU ET ZRV SUR LE MILIEU RECEPTEUR (COURS D’EAU) ...... 13
11. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE : HAUTE-GARONNE ...... 15 11.1 Situation géographique ...... 15 11.2 La démographie de la Haute-Garonne ...... 15 11.3 Le climat de la Haute-Garonne ...... 15 11.4 Laboratoire Départemental 31 Eau-Vétérinaire-Air ...... 15 Service d’Assistance Technique aux Exploitants de Stations d’Epuration (SATESE) ...... 16
II. MATERIEL ET METHODES ...... 17
1. PRESENTATION DU SITE D’ETUDE ...... 17 1.1 Le choix des stations de traitement des eaux usées ...... 17 1.2 Cartographie des stations de traitement des eaux usées ...... 17
2. DESCRIPTIONS DES STATIONS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES ...... 18 2.1 La taille des STEU étudiées ...... 18 2.2 La Station de traitement des eaux usées de Corronsac ...... 19 2.3 La Station de traitement des eaux usées de Caignac ...... 20 2.4 La Station de traitement des eaux usées de Sainte Foy de Peyrolières ...... 21 2.5 La Station de traitement des eaux usées de St Genies Bellevue ...... 23 2.6 La Station de traitement des eaux usées de Vieillevigne ...... 24
3. ECHANTILLONNAGE ...... 25 3.1 Suivi des STEU ...... 25 3.2 Suivi de la ZRV ...... 25 3.3 Suivi du milieu naturel ...... 25 3.4 Synthèse des débits de chaque STEU enregistré en 24h ...... 25 3.5 Analyse des paramètres physico-chimiques et microbiologiques...... 26 3.6 Détermination du taux de charge STEU ...... 28
4. EVALUATION DE LA PERFORMANCE EPURATOIRE ...... 28 4.1 Suivi de la biodégradabilité des effluents ...... 28 4.2 Evaluation du rendement épuratoire ...... 28
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5. EVALUATION DE LA CONFORMITE DES REJETS DES STEU ET DES ZRV ...... 29
III. RESULTATS ET DISCUSSION ...... 30
1. SYNTHESE DES DEBITS DE CHAQUE STEU ENREGISTRE EN 24 H ...... 30
1.2 LES CAPACITES NOMINALES EN DCO ET DBO5 ...... 30
2. EVALUATION DU TAUX DE CHARGE DES STEU ...... 30
3. EVALUATION DE LA PERFORMANCE DES STEU ...... 31 3.1 Biodégradabilité ...... 31 3.2 Le rendement épuratoire des STEU ...... 32
4. EVALUATION DE LA CONFORMITE DES 5 STATIONS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES (STEU) ...... 33
5. SUIVI DES PERFORMANCES DES ZRV ...... 35 5.1 Lissage des débits par les ZRV ...... 35 5.2 Conservation de débit ...... 36 5.3 Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution organique ...... 36 5.4 Influence des ZRV sur l’abattement la pollution physique (MES) ...... 38 5.5 Influence des ZRV sur l’abattement du phosphore ...... 38
5.6 Influence des ZRV sur l’abattement de l’ammonium (NH4) et des nitrates (NO3) .. 39 5.7 Influence des ZRV sur l’abattement de l’azote kjeldalh (NTK) ...... 40 5.8 Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution fécale ...... 41 5.9 Influence des ZRV sur le pH ...... 42
6. IMPACT DES REJETS DANS LE MILIEU NATUREL ...... 43 CONCLUSION ...... 45 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... I ANNEXES ...... IV
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Différentes fonctions des ZRV recensées par les EPNAC (2010) ...... 7 Tableau 2: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Vieillevigne ...... 13 Tableau 3: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Caignac ...... 13 Tableau 4: Rendement minimum et concentrations limites de Corronsac ...... 13 Tableau 5: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Ste Foy de Peyrolières ...... 13 Tableau 6: Rendement minimum et concentrations limites de la station de St Génies ...... 13 Tableau 7: Concentration définissant le bon état écologique des cours d'eau ...... 14 Tableau 8: Paramètres de suivi ...... 27 Tableau 9: le tableau du bilan des différents débits en 24h...... 30 Tableau 10: Capacité nominale des STEU ...... 30
Tableau 11: Rapport DCO/DBO5 des effluents des 5 stations ...... 31 Tableau 12: Débit en entrée et sortie ZRV ...... 36 Tableau 13: Récapitulatifs des impacts de chaque station en amont du milieu ...... 43 Tableau 14: Récapitulatifs des impacts de chaque station en aval du milieu...... 44
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LISTE DES FIGURES
Figure 1: Principe général de fonctionnement d’une station d'épuration à procédé biologique (Centre d’Hygiène et de Salubrité Publique, 2009) ...... 3 Figure 2: Classification des ZRV Source : (EPNAC, 2014) ...... 6 Figure 3: Répartition des stations d’épuration urbaines en fonction de leur capacité ...... 10 Figure 4: Répartition géographique de toutes les stations de traitement des eaux usées de la Haute-Garonne ...... 10 Figure 5: Evolution des ZRV en France en fonction des années (EPNAC) ...... 11 Figure 6: Localisation des STEU et des cours d'eau de rejet ...... 18 Figure 7: Taille des STEU étudiées ...... 18 Figure 8: Synoptique de la Station de traitement des eaux usées de Corronsac (SATESE 31) 19 Figure 9: Station de Corronsac ...... 19 Figure 10: ZRV de Corronsac ...... 20 Figure 11: Synoptique de la Station de traitement des eaux usées de Caignac (SATESE 31) 20 Figure 12: Station de Caignac ...... 21 Figure 13: ZRV de Caignac ...... 21 Figure 14: Synoptique de la station de traitement des eaux usées de Ste Foy de Peyrolières . 22 Figure 15: Station de Ste Foy de Peyrolières ...... 22 Figure 16: ZRV de Ste Foy de Peyrolières ...... 22 Figure 17: Synoptique de la station de traitement des eaux usées de St Génies (SATESE 31)23 Figure 18: Station de St Génies ...... 23 Figure 19: synoptique de la station de traitement des eaux usées de Vieillevigne ...... 24 Figure 20: Filtres à sables arrosé par sprinkler de la station de Vieillevigne ...... 24 Figure 21: Charges organique et hydraulique des stations ...... 31 Figure 22: Rendement mesuré et minimum requis de chaque station ...... 32 Figure 23: Concentrations mesurées et limites de chaque station...... 34 Figure 24: Courbe de débit en entrée et sortie de la ZRV de la station de Ste Foy de Peyrolières ...... 35 Figure 25: Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution organique ...... 37 Figure 26: Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution physique (MES) ...... 38 Figure 27: Influence des ZRV sur le phosphore ...... 39 Figure 28: Influence de la ZRV sur l'ammonium et les nitrates ...... 40 Figure 29: Influence des ZRV sur l’azote kjeldalh (NTK) ...... 41 Figure 30: Influence de la ZRV sur la bactériologique ...... 41 Figure 31: Influence des ZRV sur le pH ...... 42
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INTRODUCTION
La mise en œuvre des traitements des stations d’épuration des eaux usées ne permet pas toujours le rejet d’un effluent de qualité assignée au milieu récepteur (Duchene, and Vanier, 2002). Pour la préservation de la qualité des milieux aquatiques, les collectivités et des financement publics ont consenti des efforts financiers importants depuis de nombreuses années pour construire des stations d’épuration. En effet, les usages intensifs de l’eau en période estivale, qui correspond souvent aussi à la période d’étiage, fragilisent beaucoup les cours d’eau. C’est une des raisons pour laquelle la mise en place de Zones de Rejets Végétalisées (ZRV), correspondant à l’aménagement de l’espace disponible entre une station d’épuration des eaux usées et le milieu aquatique récepteur de surface s’est beaucoup développée depuis ces dernières années en France (Pagotto et al., 2014). Plus d’une centaine de ZRV ont été installées sur le bassin Adour-Garonne, les premières datant du début des années 90 et ensuite avec une croissance rapide sur tout le territoire en 2004 (Boutin et al., 2010). La pollution domestique étant constituée de pollutions organiques (Demande Chimique en Oxygène, Demande Biologique en Oxygène 5 jours et les Matières en Suspension), les nutriments (Azote, Phosphore), et les paramètres de contaminations fécales (Escherichia coli) exercent un impact négatif considérable, lorsque leur rejet dans les milieux récepteurs terrestre et aquatique ne respecte pas la règlementation et les normes de rejet en vigueur sur le plan européen et national. En dehors du phosphore, l’azote et la pollution diffuse, des efforts importants ont été réalisés depuis les 20 dernières années sur les stations d’épuration qui sont en grande partie conformes à la Directive Eaux Résiduaires Urbaines (ERU). Cette amélioration des traitements d’effluents des STEU devrait se poursuivre surtout en milieu urbaine. Les nutriments tels que le phosphore et l’azote causent d’énormes dégâts dans le milieu récepteur (cours d’eau). On observe la prolifération des végétaux dans les milieux aquatiques (l’eutrophisation) et cela affecte la flore aquatique. Les ZRV sont des ouvrages pouvant être installés sur des STEU qui rejettent des eaux traitées aux qualités différentes et avec de multiples configurations. Dans diverses régions, la mesure de leur efficacité se révèle délicate. L’objectif principale d’une ZRV est la réduction de volume de rejet dans le milieu naturel (EPNAC, 2013). La ZRV est un ouvrage de sécurité pour les cours d’eau dont le niveau d’eau baisse de façon considérable
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Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France en période d’étiage (été) (Boutin and Prost-boucle, 2012). Pour mieux comprendre leur fonctionnement, une étude scientifique a été menée avec pour objectif de mesurer l’efficacité sur la partie élimination des polluants, et en particulier des polluants domestiques, afin de déduire la part d’amélioration à laquelle ces ouvrages contribuent pour la protection du milieu naturel qui fait l’objet d’une dégradation continue, à cause des rejets STEU. On retient généralement l’hypothèse qu’une ZRV ne peut que contribuer à réduire l’impact, sur le milieu hydraulique superficiel, du flux résiduel du polluant issu d’une station de traitement des eaux usées (Boutin and Prost-boucle, 2012) . Les ZRV dans le département du Lot sont aussi beaucoup utilisées comme traitement tertiaire au niveau de la bactériologie. En effet, ce département, très touristique, présente de nombreux lieux de baignades, où se rejettent directement les effluents des STEU. Le Service d’Assistance Technique aux Exploitants de Stations d’Epuration. (SATESE) du Lot effectue un suivi important de ces zones pour évaluer le pouvoir des UV sur les bactéries dans les ZRV. Les premiers suivis ont montré des résultats favorables concernant l’épuration bactériologique (Bourderioux and Tournoud, 2011). C’est dans cette logique que la présente étude portant sur l’impact des rejets des stations d’épuration sur les milieux aquatiques récepteurs : le cas des zones de rejet végétalisées et des cours d’eau a été recommandé en Haute-Garonne.
L’objectif principal est de contribuer à la protection des milieux naturels contre les pollutions des rejets d’eaux usées. Comme objectifs spécifiques, il s’agira de : Evaluer les taux de charge des STEU, Evaluer la performance des STEU Evaluer la performance des ZRV à titre de traitement supplémentaire des stations d’épuration Evaluer l’impact des rejets des STEU et des ZRV sur le milieu récepteur. Pour faciliter la compréhension de ce document il sera structuré en trois grandes parties : . La revue bibliographique . La méthodologie . Les résultats et discussions
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Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
I. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 1. Définition de la STEU C’est une installation destinée à épurer les eaux usées domestiques ou industrielles et les eaux pluviales avant le rejet dans le milieu naturel. Le but du traitement est de séparer l’eau des substances indésirables pour le milieu récepteur (Centre d’Hygiène et de Salubrité Publique, 2009). Une station d’épuration est constituée d’une succession de dispositifs, conçus pour extraire en différentes étapes les différents polluants contenus dans les eaux. La pollution retenue dans la station d’épuration est transformée sous forme de boues. La succession des dispositifs est calculée en fonction de la nature des eaux usées recueillies sur le réseau et des types de pollutions à traiter. La figure 1 représente le fonctionnement d’une station d’épuration à procédé biologique.
Figure 1: Principe général de fonctionnement d’une station d'épuration à procédé biologique (Centre d’Hygiène et de Salubrité Publique, 2009)
2. Définition des zones de rejets végétalisées Une zone de rejet végétalisée (ZRV) est un espace aménagé entre la station d’épuration et le milieu de surface récepteur du rejet des eaux usées traitées. Ces aménagements ne font pas partie du dispositif de traitement (mais sont inclus dans le périmètre de la station d’épuration) (EPNAC, 2013). Une ZRV est située à l’aval d’une station d’épuration et à l’amont du milieu récepteur superficiel : elle reçoit donc de l’eau usée traitée par une station. Elle peut recevoir les effluents issus du déversoir d’orage en tête de station ou du by-pass, au-delà du débit de référence ; (Arrêté du 21 juillet, 2015).
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3. Les différents types de STEU et leur mode de fonctionnement
3.1 Station à boues activées Les boues activées assurent le traitement biologique des eaux usées. Celle-ci consiste à favoriser le développement de bactéries épuratrices, les boues, dans un bassin brassé et aéré, alimenté en eau à épurer. La technique des boues activées est appropriée pour des eaux usées domestiques d'agglomérations à partir d'environ 1000 habitants, jusqu'aux plus grandes villes (E. JARDE, 2002). C’est le type de station le plus répandu en France, Ce procédé de traitement des eaux usées permet d’obtenir des performances épuratoires très élevées (90 à 96%), en ce qui concerne l’élimination des pollutions carbonées, azotées et éventuellement phosphorées (SATESE 31, 2011).
3.2 Station à filtres plantés de roseaux Les filtres plantés de roseaux se sont développés dans les années 1990. Ils utilisent les capacités épuratrices d'un sol reconstitué à partir de matériaux comme les graviers, l'argile expansé et le sable. L'aération du massif filtrant, indispensable à un bon fonctionnement, est assurée grâce aux principes de l'alimentation par bâchées et de l'alternance de phases d'alimentation et de repos. L'originalité de ces filtres réside dans la présence de roseaux qui, grâce à leurs rhizomes, aèrent le massif filtrant et évitent aussi les colmatages. Les filtres enterrés sont le système le plus utilisé dans les hameaux et petits villages jusqu'à 1000 habitants (EPNAC, 2010).
3.3 Station de lagunage naturel Le lagunage naturel est un procédé d'épuration naturelle qui a pour principe d'utiliser la lumière, les algues et les bactéries comme agents épurateurs des eaux polluées stockées dans des bassins artificiels pendant plus de 60 jours. Les algues, grâce au phénomène de photosynthèse, apportent l'oxygène nécessaire à l'épuration par les bactéries. C'est la raison pour laquelle les bassins sont peu profonds (1,20 mètre). Le procédé permet d'éliminer les polluants, mais avec un rendement plus faible que les deux autres procédés
(70 à 80 % au lieu de 90 % des paramètres comme la DCO, DBO5 et MES). Il favorise par contre le bon abattement de la pollution bactérienne (M. A. Morel, and M. Kane, 1998). Ce procédé demande beaucoup de surface : une station de 1000 habitants par exemple demande plus d'1 hectare de lagune. Ces types de station sont en voie de disparition en France.
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3.4 Station à lit bactérien Le lit bactérien est un procédé d'épuration biologique aérobie. L'épuration de la phase liquide repose sur l'activité biochimique de micro-organismes qui dégradent la matière organique en présence d’oxygène. Cette oxydation transforme une partie de la matière organique en eau, gaz carbonique et énergie. Le reste est transformé en biomasse, concentrée sous forme de boues. Dans le lit bactérien, les micro-organismes sont retenus sur un support, appelé garnissage, sous la forme d’un biofilm. Il s’agit d’une couche dense de bactéries, qui ont la capacité de produire des polymères leur permettant de former un film et d’adhérer à un support. Le garnissage est arrosé avec l’eau usée à traiter, après une décantation primaire ou un simple tamisage fin. Le temps de passage de l’eau au sein du système est très court, de l’ordre de quelques minutes (SATESE 31, 2011).
3.5 Station à filtre à sable Le facteur principal influençant l’élimination de la matière organique est le degré d’oxygénation du massif filtrant. On peut également prendre en compte la charge hydraulique et le rythme d’alimentation du filtre : une alimentation fractionnée du filtre est favorable à une bonne élimination de la matière organique. C’est pour cette raison qu’il est conseillé d’effectuer entre six et dix bâchées d’effluent par jour sur le filtre. Entre les bâchées, les massifs filtrants vont pouvoir se ré-oxygéner et avoir un pouvoir d’oxydation plus important lors de l’arrivée de la bâchée suivante. Le sprinkler permet une bonne répartition sur les filtres à sable, ce dernier fonctionne de manière automatique, il se déclenche au même moment que la bâche d’alimentation (SATESE 31, 2011). 4. Les différents types de zones de rejets végétalisées et leur fonction
4.1 Les différents types de zones de rejets végétalisées Les ZRV, schématiquement représentées sur la figure 2, ont été classées en 4 types, selon que le sol (lieu du traitement) est en place initialement ou constitué de matériaux rapportés. Cette classification de ces zones répartit les ZRV en 4 types. Trois types sont dédiés à une conception sur sol en place : « prairies », « bassins », « fossé- noues ». Le 4ème type est dédié aux ZRV avec matériaux rapportés : « autres » (fossés drainants, lits de graviers plantés ou non, etc). Des associations peuvent exister avec une succession de différents types de ZRV.
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Figure 2: Classification des ZRV Source : (EPNAC, 2014)
4.2 Les différentes fonctions des zones de rejets végétalisées L’atelier des ZRV du groupe EPNAC, avec un questionnaire suggérant un certain nombre de fonctions principales attendues pour les ZRV, a recensé une diversité de fonctions qui sont au nombre 8. La diminution des volumes rejetés au milieu naturel semble être l’objectif majeur visé pour la majorité des ZRV aménagées. Puis la réduction des bactéries, azote et phosphore semble être le 2ème objectif principal attribué à ces installations. Toutefois, cela ne signifie pas que ces objectifs soient atteints, peu d’études démontrent l’efficacité réelle des ZRV sur ces paramètres (quantification difficile) (C. Boutin and Prost-boucle, 2012). Enfin, la rétention des MES résiduelles en sortie de station semble être la 3ème fonction visée. Le tableau 1 résume les différents objectifs.
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Tableau 1: Différentes fonctions des ZRV recensées par les EPNAC (2010)
Objectifs visés Explications Diminution du volume Comprend principalement l’infiltration des eaux (sol), ainsi que l’évapotranspiration (plantes) ou l’évaporation (air). Lissage des flux Ecrêter les flux rejetés au milieu récepteur de surface pour assurer un débit de rejet quasiment constant sur l’année. Diminution des bactéries, azote, Compléter le niveau de traitement en termes de bactéries, phosphore nitrification/dénitrification, et abattement du phosphore.
Rétention des MES Diminuer les rejets en MES envoyées au milieu récepteur, atténuer les relargages éventuels en MES du procédé en amont de la ZRV. Diminution de l’investissement Limiter les dépenses liées à l’acheminement de l’effluent de sortie station vers le milieu récepteur. Exemple : remplacer la pose d’une canalisation (coût élevé du mètre-linéaire) par une ZRV de type « fossé-noue». Bois-énergie Utiliser les eaux usées traitées pour alimenter des arbres/arbustes en vue d’une valorisation énergétique du bois. Exemple : ZRV de type « prairie » plantée de saules valorisés en filière bois. Biotope Participer à la création d’un espace naturel contribuant à la biodiversité. Paysage - Social Créer un espace esthétiquement intégré dans le paysage naturel, en lien avec le bien-être des habitants.
5. Conception et fonctionnement des ZRV
5.1 Conception des Zones de Rejets Végétalisées Pour l’installation d’une ZRV, il est important de connaître l’état et les caractéristiques du sol et du sous-sol afin de comprendre, entre autres, les évolutions de débits dans la zone (Boutin and Prost-boucle, 2012). Il faut procéder à des études pédologique, géologique et
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5.2 Fonctionnement des Zones de Rejets Végétalisées Les trois compartiments « sol-plante-eau » sont le siège de mécanismes variés, qui peuvent constituer les éléments explicatifs des objectifs attendus. Le sol et le sous-sol, dont il convient de connaître les propretés pédologiques, géologiques, hydrogéologiques afin de s’assurer des bonnes conditions d’écoulement souterrain des eaux. Il est le siège de mécanismes d’infiltration ; Le végétal dont il convient de spécifier sa capacité d’évapotranspiration et d’assimilation. Cette capacité est variable selon les saisons, en rapport avec l’activité végétale ; L’éventuelle eau superficielle en ruissellement, eau libre, dont le temps de passage peut servir d’indicateur à une première évaluation de l’efficacité de ce compartiment. Chacun de ses trois compartiments peut contribuer à réduire la quantité d’eaux rejetées directement et améliorer la qualité des eaux résiduelles. La nécessité de faire des études globales du sol et du sous-sol d’un point de vu géologique, hydrogéologique et pédologique doit être préconiseé (atelier ZRV du groupe de travail EPNAC, 2012). 6. Association des STEU et des ZRV Dans l’association des deux ouvrages, nous pouvons faire une répartition des filières de traitement sur lesquelles cette association est le plus souvent remarquée. En Haute- Garonne, nous constatons que les ZRV sont installées en aval de stations à filtres plantés de roseaux (FPR), boues activées (BA) et disque biologique. Habituellement Ces stations ont une taille relativement petite.
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Le recensement de l’atelier sur les ZRV du groupe EPNAC a permis d’identifier également la taille des stations en amont des ZRV. Celles-ci sont souvent installées en aval des petites STEU. Environ 50 % des ZRV qui existent en France sont installées sur les stations de taille inférieure à 500 EH. D’ailleurs, cela semble logiquement lié à l’espace disponible (Prost- boucle and Boutin, 2012). Les stations de faible capacité sont souvent installées en zones rurales où l’emprise n’est pas une contrainte. 7. Les STEU en France et en Haute-Garonne
7.1 Les STEU en France A la date du 31/12/2008, la BDERU recense 18 637 stations de traitement des eaux usées qui traitent une charge de pollution de 75 millions EH. Moins de 7% de ces stations ont une capacité égale ou supérieure à 10 000 EH et traitent plus de 80% de la charge polluante alors que près du quart des stations ont une capacité inférieure à 200 EH et ne traitent que 0,3 % de la charge polluante totale traitée. Le parc de stations de traitement des eaux usées est relativement jeune. La part des stations âgées de moins de 15 ans représente plus de la moitié des stations et 66% de la charge totale traitée (Hocquet and Golla, 2010).
7.2 Les STEU en Haute-Garonne Le département de la Haute-Garonne compte en 2015 238 stations d’épuration reparties sur 40 bassins versants (SATESE 31, 2015). Sur les 238 stations qui existent sur le département la grande majorité sont des stations de petite taille qui comptent moins de 2000 EH. La figure 3 que montre les stations de moins de 2000 EH représentent 69% du total et traitent seulement 6% de la charge nominale soit 93 669 EH de la capacité nominale de tout le département ; les STEU de plus 2000 EH représentent seulement 31% du nombre total et traitent 94% de la charge totale qui existe dans le département. Cette tendance confirme les études menées en 2010 sur le plan national par (Hocquet and Golla,) de l’Office International de l’Eau (OIE). La figure 4 montre la répartition géographique des STEU du département de Haute-Garonne
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Figure 3: Répartition des stations d’épuration urbaines en fonction de leur capacité
Figure 4: Répartition géographique de toutes les stations de traitement des eaux usées de la Haute-Garonne
8. Les zones de rejets végétalisées en France et en Haute-Garonne En France, on constate une très grande diversité de types de ZRV installées, leurs conceptions et réalisations étant très variables sur l’ensemble du territoire français, ainsi que les objectifs visés (Prost-boucle and Boutin, 2012). Le groupe EPNAC a mené une enquête nationale, conduite par le biais d’un questionnaire envoyé à tous les SATESE de France courant 2011. Cette enquête avait pour but de recenser les ZRV et leurs caractéristiques principales. Le questionnaire était scindé en trois parties :
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Description de la station d’épuration amont (commune, procédé, capacité, année de mise en route) ; Description de la ZRV (alimentation, classification, emprise foncière totale, fonctions attendues) ; Evaluation des possibilités d’instrumentation (lieu de rejet permettant des mesures, volume du rejet, existence d’études de sols). Le choix de ne pas fournir de réponse était toujours possible (réponse inexistante ou inconnue). L’existence ou non d’un lieu de rejet identifié est renseigné. Au total 54 départements ont répondu à l’enquête ; 35 d’entre eux ont référencé des ZRV. L’enquête a permis au groupe EPNAC de comptabiliser plus de 560 ZRV dans toute la France. La figure 5 montre l’évolution des ZRV de 1990 à 2010.
Figure 5: Evolution des ZRV en France en fonction des années (EPNAC) Selon (Prost-boucle and Boutin, 2012) c’est à partir de 2004 que l’installation des ZRV a pris de l’ampleur en France ; plus de 20 ZRV par an, avec ensuite la création de plus de 40 ZRV supplémentaires par an dès 2007.
En Haute-Garonne, sur les 238 stations de traitement des eaux usées que compte le département, il y a 15 d’entre elles qui sont équipées de zones de rejets végétalisées. Leur nombre est moindre dans ce département, comparativement à d’autres départements. C’est en 2015 que le SATESE 31 mène des suivis sur les ZRV en collaboration avec l’agence de l’eau Adour-Garonne.
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9. Règlementations et normes sur la qualité à l’aval des STEU et sur les rejets au milieu récepteur
9.1 Réglementation en vigueur La directive n° 91/271/CEE du 21 mai 1991 (DERU, 1991) relative au traitement des eaux urbaines résiduaires impose des obligations de collecte et de traitement des eaux usées. Les niveaux de traitement requis et les dates d’échéance de mise en conformité sont fixés en fonction de la taille des agglomérations d’assainissement et de la sensibilité du milieu récepteur du rejet final : Traitement plus rigoureux à l’échéance du 31/12/1998 pour les agglomérations de plus de 10 000 EH rejetant dans une des zones sensibles délimitées par l’arrêté du 23 novembre 1994 ;
Traitement plus rigoureux à l’échéance du 31/08/2006 pour les agglomérations de plus de 10 000 EH rejetant dans une des zones sensibles délimitées par l’arrêté du 31 août 1999 ;
Traitement secondaire à l’échéance du 31/12/2000 pour les agglomérations de plus de 15 000 EH rejetant en zones non sensibles ;
Traitement secondaire ou approprié (selon la taille de l’agglomération et le type de milieu de rejet) à l’échéance du 31/12/2005 pour les autres agglomérations, y compris les agglomérations de moins de 2 000 EH équipées d’un réseau de collecte.
Ces obligations ont été transcrites en droit français par la loi n° 92-3 du 3 janvier 1992 sur l’eau, le décret n° 94-469 du 3 juin 1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées et l’arrêté du 22 juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations d’assainissement.
9.2 La norme en vigueur « Les stations de traitement des eaux usées doivent respecter les normes de rejet définies par l’arrêté du 21 juin 2015 (le plus récent des arrêtés). » Notre étude porte sur cinq STEU. La norme pour chaque station, selon l’arrêté de cette dernière, est représentée dans les tableaux 2, 3, 4, 5 et 6. Il s’agit des rendements minimums et des concentrations limites qu’il faut respecter pour chacune d’elle.
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Tableau 2: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Vieillevigne
Paramètres pollution MES DCO DBO5 Rendement minimum (%) 90% 75% 70% Concentrations limites (mg/l) 35 125 25
Tableau 3: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Caignac
Paramètres pollution MES DCO DBO5 NTK Rendement minimum (%) 50% 60% 85% 80% Concentrations limites (mg/l) 35 90 20 15
Tableau 4: Rendement minimum et concentrations limites de Corronsac
Paramètres pollution MES DCO DBO5 NTK NH4 Rendement minimum (%) 90% 75% 70% - - Concentrations limites (mg/l) 35 125 25 10 6
Tableau 5: Rendement minimum et concentrations limites de la station de Ste Foy de Peyrolières
Paramètres de pollution MES DCO DBO5 NTK NH4 P total Rendement minimum 90% 75% 70% - - 80% Concentrations limites (mg/l) 35 125 25 15 6 2
Tableau 6: Rendement minimum et concentrations limites de la station de St Génies
Paramètres de pollution MES DCO DBO5 NTK NH4 NGL P total Rendement minimum 70% 75% 90% - - 70% 80% Concentrations limites (mg/l) 35 125 25 10 4 15 2
Les normes de rejet présentées par l’arrêté préfectoral de chaque station sont des valeurs a minima. De ce fait, il est possible que les normes de rejet spécifiques à chaque station d’épuration soient plus contraignantes que celles de l’arrêté.
10. Evaluation de l’impact des STEU et ZRV sur le milieu récepteur (cours d’eau) La Directive européenne 2000/60/CE (DCE) établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l’eau impose de mettre en place des programmes de surveillance permettant de connaître l’état des milieux aquatiques et d’identifier les causes de leur dégradation, de façon à orienter puis évaluer les actions à mettre en œuvre pour que ces milieux redeviennent en bon état.
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L’arrêté du 21 juillet remplace l'arrêté du 22 juin 2007 relatif aux prescriptions techniques, aux modalités de surveillance et au contrôle des installations d'assainissement collectif et des installations d'assainissement non collectif de capacité nominale supérieure à 1,2 kg/j de DBO5. Il fixe les prescriptions techniques s'appliquant aux collectivités afin qu'elles mettent en œuvre une gestion rigoureuse et pragmatique du patrimoine de l'assainissement, conforme aux enjeux de la directive relative au traitement des eaux résiduaires urbaines, de la directive cadre sur l'eau, de la directive cadre stratégie milieu marin, de la directive concernant la gestion de la qualité des eaux de baignade et de la directive relative à la qualité requise des eaux conchylicoles. Il fixe des prescriptions techniques similaires s'appliquant aux maîtres d'ouvrage des installations d'assainissement non collectif recevant une charge brute de pollution organique supérieure à 1,2 kg/j de DBO5. Ces nouvelles dispositions relatives aux systèmes d'assainissement collectif et aux installations d'assainissement non collectif sont rentrées en vigueur à partir du 1er janvier 2016. C’est sur la même ligne que les agences de l’eau recommandent aux SATESE de faire le suivi des cours d’eau qui font l’objet de rejets d’eau usée traitée d’une station de traitement des eaux usées. L’agence fournit un protocole à suivre dans lequel il y a un tableau des concentrations qui définissent le bon état écologique des cours d’eau. Tous les cours d’eau qui font l’objet de rejets des eaux usées traitées d’une STEU doivent être suivis pour voir l’impact de la station dans le milieu naturel. Tableau 7: Concentration définissant le bon état écologique des cours d'eau
Très bon Bon Moyen Médiocre Mauvais Oxygène dissous mg O2/l 8 8 6 6 4 4 3 3 Taux de saturation en o2 % 90 90 70 70 50 50 30 30 DBO5 mg O2/l 3 3 6 6 10 10 25 25 DCO mg O2/l 20 20 30 30 40 40 80 80 MES mg/l 2 2 25 25 38 38 50 50 Carbone Orgnaique Dissous mg C/l 5 5 7 7 10 10 15 15 Orthophosphates PO4 mg/l 0,1 0,1 0,5 0,5 1 1 2 2 Phosphore Total Pt mg P/l 0,05 0,05 0,2 0,2 0,5 0,5 1 1 Ammonium NH4 mg NH4/l 0,1 0,1 0,5 0,5 2 2 5 5 Nitrites NO2 mg NO2/l 0,1 0,1 0,3 0,3 0,5 0,5 1 1 Nitrates NO3 mg NO3/l 10 10 50 50 Le tableau 11 présente les concentrations qui définissent le bon état écologique des cours d’eau. Ce tableau a été fourni par les agences de l’eau. La détermination de l’impact des STEU dans le milieu naturel se basera sur les données limites du tableau avec les couleurs d’appréciations qui sont indiquées dans ce tableau.
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11. Présentation de la zone d’étude : Haute-Garonne 11.1 Situation géographique Faisant partie de la région Occitanie, le département de la Haute-Garonne a une superficie de 635 765 ha qui le place au vingt-neuvième rang des départements français. Il confine à l'Espagne sur environ 60 km au sud, aux départements français des Hautes-Pyrénées et du Gers à l'ouest, du Tarn-et-Garonne au nord, du Tarn, de l'Aude et de l'Ariège à l'est. De forme extrêmement irrégulière, il est étiré sur environ 160 km du sud-ouest au nord-est, de part et d'autre de la Garonne, avec un périmètre de l'ordre de 700 km. Sa largeur dans le sens sud-est nord-ouest varie de moins de 10 km à près de 100 km.
11.2 La démographie de la Haute-Garonne Le département de la Haute-Garonne comptait 1 325 392 habitants en 2013, soit une densité de 210 habitants au kilomètre carré. Il regroupe à lui seul 41% de la population de la région Occitanie. La population est groupée surtout dans l'agglomération toulousaine qui compte 864 936 habitants. Le département de la Haute-Garonne porte le numéro 31 et est composé de 3 arrondissements, 53 cantons et 589 communes.
11.3 Le climat de la Haute-Garonne Le climat de la Haute-Garonne est un climat tempéré aux influences océaniques et méditerranéennes avec des hivers modérés dans la plaine du sud, ainsi que de fortes chaleurs l’été, suivies d’automnes très ensoleillés. Les printemps sont en revanche pluvieux. Le climat est aussi marqué par le vent dans la plaine toulousaine. Le climat de ce département est particulièrement intéressant, car il se situe à la rencontre de multiples influences qui peuvent être classées en trois catégories : le climat aquitain qui est un climat océanique très doux, le climat de la montagne généralement plus froid et le climat méditerranéen aux températures chaudes en été.
11.4 Laboratoire Départemental 31 Eau-Vétérinaire-Air Le Laboratoire Départemental de l’eau a été créé en 1977 dans le but de réaliser le suivi de la qualité des eaux de consommation en Haute-Garonne, dans le cadre du contrôle sanitaire obligatoire mis en place par ce que l’on appelait anciennement le service santé environnement de la DDASS31 (Direction Départemental des Affaires Sanitaires et Sociales) et qui est devenu maintenant l’agence régionale de la santé ARS. Le laboratoire
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Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France est agréé santé pour le département et la région. En 2000, le laboratoire obtient sa première accréditation COFRAC (Comité Français d’Accréditation). Le Laboratoire gère pour le Conseil Général le réseau des six Stations d’Alerte (RSA) qui ont pour objectif de contrôler en continu toute pollution éventuelle des ressources en eau potable de la Garonne, de l’Ariège et du Canal de Saint-Martory. Il gère également le Service d’Assistance Technique aux Exploitants des Stations d’Epuration (SATESE), service dans lequel j’ai effectué mon stage et la Mission de Valorisation Agricole des Boues (MVAB) issues des stations de traitement des eaux usées. Ces deux services sont étroitement liés, le responsable de ces deux services est Michel SENTEX, qui est mon tuteur de stage.
Service d’Assistance Technique aux Exploitants de Stations d’Epuration (SATESE) Le SATESE et la MVAB travaillent en collaboration avec les agences de l’eau et la police de l’eau. Le SATESE 31 a été créé en 1994 dans le but d’apporter une aide technique pour améliorer et fiabiliser, le fonctionnement des stations de traitement des eaux. Les techniciens de ce service assurent différents types d’intervention allant de simples visites à des bilans 24h et des validations d’auto surveillance. Le SATESE réalise également les tâches suivantes : suivi du milieu et des ouvrages de dépollution des eaux usées (stations de traitement des eaux usées) ; conseil lors des opérations de construction, d’extension ou d’amélioration des STEU et de leurs ouvrages ; évaluation de la qualité du rejet et du fonctionnement des ouvrages (grâce aux prélèvements notamment), mise en place du manuel et transmission des données d’auto-surveillance au format informatique, dossier pour l’aide à la performance épuratoire.
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II. MATERIEL ET METHODES 1. Présentation du site d’étude
1.1 Le choix des stations de traitement des eaux usées Le groupe EPNAC mène les études sur les ZRV sur toutes la France pour mieux connaitre le fonctionnement et les caractéristiques de ces ouvrages afin de faire des propositions pour mieux cadrer ces ouvrages qui ne cessent de se proliférer sur toutes l’hexagone. C’est dans ce cadre qu’au niveau de la Haute-Garonne, trois stations comportant des ZRV et deux autres stations sans ZRV ont été choisies dans 5 villes différentes du département de Haute-Garonne. Pour cela il y a une étroite collaboration entre le SATESE 31 et l’Agence de l’Eau Adour-Garonne pour mener à bien ce projet en Haute-Garonne. Cela permettra de connaître l’amélioration du traitement qu’une ZRV peut apporter dans le traitement des eaux usées sur une station, et de souligner l’impact des stations à ZRV dans le milieu naturel.
1.2 Cartographie des stations de traitement des eaux usées Les stations de de traitement des eaux usées qui sont concernées par cette étude sont aux nombres de cinq (5). La figure 6 montre la répartition géographique des stations qui font l’objet de notre étude et les cours d’eau concernés par les rejets. Elle présente aussi la Garonne et l’Ariège qui est un affluent de la Garonne le plus grand fleuve du département de Haute-Garonne. On y voit tous les ruisseaux qui reçoivent les rejets des différentes stations et qui se jettent dans la Garonne.
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Figure 6: Localisation des STEU et des cours d'eau de rejet 2. Descriptions des stations de traitement des eaux usées
2.1 La taille des STEU étudiées La figure 7 indique la taille de chaque station de traitement des eaux usées. Sur la figure la couleur bleue représente les stations qui ont à leur aval une zone de rejet végétalisée (ZRV), il s’agit des stations de Caignac, Corronsac et Ste Foy de Peyrolières et la couleur rouge représente les stations qui ne possèdent pas de ZRV en aval, les stations de St Génies et Vieillevigne.
2500 EH
1600 EH
400 EH 500 EH 300 EH
Caignac Corronsac Ste foy de P St Génies Vieillevigne
Figure 7: Taille des STEU étudiées
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2.2 La Station de traitement des eaux usées de Corronsac La station de Corronzac a été mise en service en juin 2012. La filière de traitement est un disque biologique. L’effluent traité de la station est rejeté dans le ruisseau Cassignol. Le système de collecte est un réseau séparatif et gravitaire. Les figures 8 et 9 représentent respectivement le synoptique et la photo de la station. Cette station possède une ZRV à son aval. La figure 10 montre la photo de la ZRV.
Entrée
Entrée sortie Disque biologique File 1
canal Venturi amont Canal Venturi aval Degrilleur automatique Décanteur - digesteur Sortie
A3 A4 Disque biologique File 2
ZRV Figure 8: Synoptique de la Station de traitement des eaux usées de Corronsac (SATESE 31)
Figure 9: Station de Corronsac
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Figure 10: ZRV de Corronsac
La ZRV de Corronsac est composée de deux bassins. La superficie du bassin 1 est d’environ 480 m2 et le bassin 2 a une superficie d’environ 280 m2. L’écoulement des deux bassins est relié par un empierrage. On observe un développement de quelques plantes macrophytes, La ZRV ne possède pas de canal de comptage en sortie pour la mesure du débit en sortie ZRV.
2.3 La Station de traitement des eaux usées de Caignac La station de Caignac a été mise en service en juin 2014. La filière de traitement est un disque biologique. L’effluent traité de la station est rejeté dans le ruisseau Gardijol. Le réseau est séparatif et gravitaire. Cette station possède une ZRV. Les figures 11, 12 et 13 ci-dessous représentent respectivement le synoptique, la photo et la ZRV de la station.
Disque biologique / Tambour filtrant Entrée A4
Entrée Limiteur de débit avec DO Repartiteur Canal de comptage canal comptage ZRV Degrilleur Sortie ZRV A3 Décanteur digesteur Disque biologique 2 / Tambour filtrant 2 Sortie
A6 Boues produites
Sortie boue
Déversoir d'Orage
By pass DO
Sortie bypass Figure 11: Synoptique de la Station de traitement des eaux usées de Caignac (SATESE 31)
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Figure 12: Station de Caignac
Figure 13: ZRV de Caignac
La ZRV de la station de Caignac est composée de deux lagunes reliées entre elle par un fossé de longueur 33 m sous forme de transition entre la première et la deuxième lagune. C’est une ZRV de type Bassin. La superficie de la ZRV est 297m². Il y a peu de plantes macrophytes sur les lagunes. On observe une couverture importante par les lentilles d’eau (lemna). Il existe un canal de comptage pour la mesure du débit en sortie.
2.4 La Station de traitement des eaux usées de Sainte Foy de Peyrolières Cette station a été mise en eau en décembre 2015. La filière de traitement est une boue activée aération prolongée. Le réseau est séparatif et gravitaire mais draine des eaux claires parasites par temps de pluie. L’effluent traité est rejeté dans le ruisseau de Galage. Les figures 14, 15 et 16 représentent respectivement le synoptique, la photo et la ZRV de la station.
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Figure 14: Synoptique de la station de traitement des eaux usées de Ste Foy de Peyrolières
Figure 15: Station de Ste Foy de Peyrolières
Figure 16: ZRV de Ste Foy de Peyrolières
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La ZRV de la station de Ste Foy de Peyrolières est une ZRV de type fossé. Elle est composée de plusieurs bassins qui se succèdent et sont alimentés en série. On observe un développement des macrophytes. C’est une ZRV de forme trapézoïdale avec une superficie de 3400 m². Elle est équipée d’un canal à seuil triangulaire permettant de mesurer le débit en sortie.
2.5 La Station de traitement des eaux usées de St Genies Bellevue Cette station a été mise en service en juillet 2007, elle possède une filière à boues activées avec aération prolongée. Le réseau d'assainissement est séparatif. Elle possède un filtre planté de roseaux à 4 étages pour le traitement des boues. L’effluent traité est rejeté dans le ruisseau Pichounelle. Les figures 17 et 18 représentent respectivement le synoptique et la photo de la station.
Entrée EAU Local d'exploitation
A3 Entrée
A4
Canal entrée Canal sortie Poste de relèvement Dégrilleur Dessableur / Dégraisseur Zone de contact Bassin d'aération Clarificateur Sortie EAU
Degazeur Sortie
A2 DO
Recirculation boues DO Canal DO Sortie DO A6
Lits plantés de roseaux Poste d'extraction Sortie BOUE Figure 17: Synoptique de la station de traitement des eaux usées de St Génies (SATESE 31)
Figure 18: Station de St Génies
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2.6 La Station de traitement des eaux usées de Vieillevigne La station de Vieillevigne a été mise en service en 2001. La filière de traitement est à filtre à sable arrosé par un sprinkler. L’effluent traité de la station est rejeté dans le ruisseau Thésauque. Le réseau de collecte qui alimente ce dispositif est séparatif et gravitaire. Les
figures 19 et 20 représentent respectivement le synoptique et la photo de la station.
A4 A3
canal sortie Entrée EAU poste de relèvement stockage/ répartiteur Filtre Sortie EAU décanteur / digesteur eaux brutes eaux traitées
A6 analyses boues
Local d'exploitation Sortie boues Figure 19: synoptique de la station de traitement des eaux usées de Vieillevigne
Figure 20: Filtres à sables arrosé par sprinkler de la station de Vieillevigne
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3. Echantillonnage
3.1 Suivi des STEU L’auto surveillance est réalisée sur toutes les stations concernées par cette étude. Un bilan d'auto surveillance se déroule systématiquement sur une période de 24h consécutives. Les prélèvements sont réalisés en entrée et en sortie. Dans le canal de comptage de la station : Ils sont réalisés à l’aide d’un échantillonneur automatique du type réfrigéré (pompe péristaltique), placé en amont du canal de comptage de la station. Il est programmé un prélèvement d’une quantité d’effluents en fonction du débit en entrée afin de constituer un échantillon moyen de 24 h proportionnellement au débit mesuré en entrée de la STEU. Le débit est mesuré par un débitmètre connecté à un capteur « bulle à bulle ». Les déversoirs sont de types Venturi ou un seuil triangulaire. Le canal de comptage est équipé d'un Venturi ou un seuil triangulaire permettant de mesurer le débit. En sortie de la STEU le principe est le même
3.2 Suivi de la ZRV Le prélèvement est fait en 24 en amont comme en aval de la ZRV, il n’y a pas de prélèvement en amont, car l’échantillon en sortie de la STEU est considéré comme l’entrée de la ZRV.
3.3 Suivi du milieu naturel Les prélèvements sont réalisés de manière ponctuelle en amont et en aval du point de rejet de la station d'épuration dans les cours d'eau permanents les plus proches (masse d'eau ou non). Le point en amont du prélèvement est le plus près possible du point de rejet. Le point en aval du prélèvement est un point où l'on estime que le mélange entre le rejet de la STEU et le milieu est homogène. Les points de prélèvements sont déterminés de telle manière qu'il n'y ait pas de rejet intermédiaire ni de confluence. Les échantillons sont conservés dans un réfrigérateur de véhicule et acheminés jusqu’au Laboratoire. Les échantillons moyens « entrée et sortie » seront confectionnés par le Service d’Assistance Technique aux Exploitants des Stations d’Epuration (SATESE) à partir des prélèvements réalisés sur 24 h, sur un asservissement au débit.
3.4 Synthèse des débits de chaque STEU enregistré en 24h Les différents débits enregistrés en 24 heures permettent de connaître les heures de pointe de consommation d’eau sur 24h au niveau de chaque station. La variation du débit
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Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France pendant 24h sur chaque station permet de réaliser les courbes de débit au niveau des stations. Les courbes des débits sont en annexe 2.
3.5 Analyse des paramètres physico-chimiques et microbiologiques Les paramètres de suivi sont donnés dans le tableau ainsi que la méthode de mesure utilisée pour leur analyse. Le pH, la température, l’oxygène dissous, la conductivité et le taux de saturation sont des mesures in situ qui ont été mesurées sur le terrain. Les paramètres physico-chimiques et bactériologique ont été mesurés au Laboratoire Départemental 31. Ces paramètres sont des paramètres de pollutions domestiques. Les ZRV sont le plus souvent installées en aval des petites stations de traitement des eaux usées, et reçoivent généralement les eaux usées traitées par ces stations.
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Tableau 8: Paramètres de suivi
Paramètres Unités Méthode normalisée utilisée
Mesures in situ
Conductivité NF EN 27888 µS/cm à 25 C° Oxygène dissous mg/L O2 NF EN 25814 pH unité pH NF EN ISO 10523 Taux de saturation O2 (%) % sat NF EN 25814 Température eau ° C IEA03 Mesure électrique Paramètres physico-chimiques
+ Ammonium (NH4 ) NF T90-015-2 mg/L N Azote kjeldahl (NTK) mg/L N NF EN 25663 Demande Chimique en Oxygène (DCO) mg/L NF EN 1484 Demande Biochimique en Oxygène à 5 mg/L O2 NF EN 1899-1
jours (DBO5) Matière En Suspension (MES). par filtration mg/L (MILLIPORE APFC) NF EN 872 Nitrates mg/L N NF EN ISO 10304-1 Nitrites mg/L N NF EN ISO 10304-1 Orthophosphates mg/L P NF EN ISO 6878 Phosphore total mg/L P NF EN ISO 6878 Paramètres bactériologiques Escherichia. coli NPP/100ml NF EN ISO 9308-3
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3.6 Détermination du taux de charge STEU La détermination du taux de charge des STEU consiste en l’évaluation de la charge hydraulique et la charge organique. Le calcul de détermination de la charge hydraulique est présenté dans l’équation 1. Celui de la charge hydraulique est présenté dans l’équation 2. La charge Hydraulique station est le rapport du débit reçu sur la capacité hydraulique nominale de la station. Elle s’exprime en % de la capacité nominale. Equation 1 : 퐕퐨퐥퐮퐦퐞 퐫퐞ç퐮 퐞퐧 ퟐퟒ 퐡 퐂퐡퐚퐫퐠퐞 퐡퐲퐝퐫퐚퐮퐥퐢퐪퐮퐞 = ∗ ퟏퟎퟎ 퐃é퐛퐢퐭 퐧퐨퐦퐢퐧퐚퐥퐞
La charge organique de la station est le rapport de la pollution reçue sur la capacité nominale de la station. Elle s’exprime en % du flux nominal en DBO5
Equation 2 :
퐏퐨퐥퐥퐮퐭퐢퐨퐧 퐫퐞ç퐮퐞 (퐤퐠 퐃퐁퐎 /퐣) 퐂퐡퐚퐫퐠퐞 퐨퐫퐠퐚퐧퐢퐪퐮퐞 = ퟓ ∗ ퟏퟎퟎ 퐂퐚퐩퐚퐜퐢퐭é 퐧퐨퐦퐢퐧퐚퐥퐞 퐞퐧 퐃퐁퐎ퟓ
4. Evaluation de la performance épuratoire 4.1 Suivi de la biodégradabilité des effluents Pour constater la biodégradabilité d’un effluent on utilise le rapport entre la demande chimique en oxygène (DCO) et la demande biochimique en oxygène cinq jours (DBO5). La DCO et la DBO sont des paramètres complémentaires. La DCO renseigne sur la totalité des matières oxydables mais ne donne aucun renseignement sur leur biodégradabilité. La DBO indique la quantité de matières biodégradables d’un effluent. DCO/DBO < 2 : effluent facilement biodégradable ;
2 < DCO/DBO < 3 : effluent domestique et biodégradable ;
DCO/DBO > 3 : effluent difficilement biodégradable.
4.2 Evaluation du rendement épuratoire Le rendement épuratoire de la station est le rapport de la pollution éliminée dans la station sur la pollution reçue. Il sert à déterminer les performances d’une station.
Equation 3 :
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퐏퐨퐥퐥퐮퐭퐢퐨퐧 퐫퐞퐣퐞퐭é퐞 퐑퐞퐧퐝퐞퐦퐞퐧퐭 = ퟏ − ∗ ퟏퟎퟎ 퐏퐨퐥퐥퐮퐭퐢퐨퐧 퐫퐞ç퐮퐞
5. Evaluation de la conformité des rejets des STEU et des ZRV L’évaluation de la conformité des stations de traitement s’obtient par comparaison des paramètres de pollution en concentration de sortie des STEU à la limite imposée à chaque station par l’arrêté préfectoral (la règlementation et à la norme). La règlementation et les normes de rejet sont appliquées à chaque station et en fonction de l’agglomération et des activités en amont et en aval de la station. Les normes ne sont pas généralisées, chaque station a sa norme spécifique qui lui est imposée par un arrêté préfectoral.
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III. RESULTATS ET DISCUSSION 1. Synthèse des débits de chaque STEU enregistré en 24 h Le tableau 9 indique les différents débits mesurés en 24h à l’aide des débitmètres et préleveurs automatiques sur chaque station. Les différents débits représentés dans ce tableau sont les débits moyen, minimum et le maximum instantané sur les 5 stations. Les courbes montrant les heures de pointe de consommation d’eau sur chaque station se trouvent en annexe 2. Tableau 9: le tableau du bilan des différents débits en 24h.
Ste de Foy Stations Caignac Corronsac de P. St Génies Vieillevigne Débit moyen (m3/h) 1,0 1,3 4,6 4,0 0,7 Débit minimum instantané (m3/h) 0,07 0,2 0,70 0,38 0,28 Débit maximum instantané (m3/h 2,3 9,2 16,2 21,7 2,9
1.2 les capacités nominales en DCO et DBO5 Tableau 10: Capacité nominale des STEU
Le tableau 10 montre les capacités nominales en DCO et DBO5 de chaque station. Ste de Foy Stations Caignac Corronsac de P. St Génies Vieillevigne DCO (kg/j) 36 60 192 300 36
DBO5 (kg/j) 18 30 96 150 18
2. Evaluation du taux de charge des STEU L’Evaluation du taux de charge des STEU est effectuée par la mesure des charges hydraulique et organique des stations. La figure 21 présente les charges hydraulique et organique des stations. Les résultats montrent que toutes les stations ont une charge hydraulique de moins de 50%. Les charges organiques des stations de Caignac et de St Génies ont dépassé la barre des 50%. La station de Vieillevigne est la station la moins chargée avec 22% de charge hydraulique et 18% de charge organique. La station de Caignac a une charge organique élevée par rapport aux autres stations. Toutes les stations sont moins chargées sauf celle de Caignac. Un bilan réalisé pendant 24h sur la station de Caignac en avril 2015 montre que la station de Caignac avait une charge organique de 82% et une charge hydraulique de 92% (SATESE 31, 2015).
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100% 88% 90% 80% 70% 60% 52% 47% 46% 50% 39% 42% 41% 42% 40% 30% 22% 18% 20% 10% 0% Caignac Corronsac Ste Foy de St Génies Vieillevigne P
Hydraulique Organique
Figure 21: Charges organique et hydraulique des stations
3. Evaluation de la performance des STEU
3.1 Biodégradabilité
Tableau 11: Rapport DCO/DBO5 des effluents des 5 stations
Stations Caignac Corronsac Ste Foy de St Vieillevigne paramètres Peyrolières Génies DCO 1610 920 1000 924 670
DBO5 650 370 400 360 250
DCO/ DBO5 2,47 2,48 2,50 2,56 2,60
Conclusion 2< DCO/ DBO5 < 3
Le tableau 10 contient les différents rapports calculés. Ils confirment que les effluents de toutes les stations ont un caractère domestique et biodégradable. La pollution reçue par les stations est d’origine domestique.
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3.2 Le rendement épuratoire des STEU Le rendement épuratoire d’une station est le rapport de la pollution éliminée dans la station sur la pollution reçue. Il sert à déterminer les performances d’une station. La figure 23 présente à la fois le rendement mesuré et le minimum requis pour chaque station. Il a été constaté que le minimum requis est bien inférieur au rendement mesuré pour toutes les stations. Toutes les stations ont un bon rendement par rapport à la règlementation. La station de Caignac est la plus performante bien qu’elle soit la plus chargée et celle de Corronzac est la moins performante. Le rendement de Chaque station mesuré est supérieur à celle de la réglementation imposée par l’arrêté préfectoral.
Caignac Ste Foy de P Vieillevigne 120% 120% 120% 100% 100% 100% 80% 80% 80% 60% 60% 60% 40% 40% 40% 20% 20% 20% 0% 0% 0% MES DCO DBO5 NTK MES DCO DBO5 Pt MES DCO DBO5
Mesuré Minimum Mesuré Minimum Mesuré Minimum
Corronsac St Génies 120% 120,00% 100% 100,00% 80% 80,00% 60% 60,00% 40% 40,00% 20% 20,00% 0% 0,00% MES DCO DBO5 MES DCO DBO5 NGL Pt
Mesuré Minimum Mesuré Minimum
Figure 22: Rendement mesuré et minimum requis de chaque station
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4. Evaluation de la conformité des 5 stations de traitement des eaux usées (STEU) La règlementation et les normes de rejet sont appliquées à chaque station et en fonction de l’agglomération. Les limites imposées pour les concentrations en sortie des 5 stations étudiées sont représentées sur la figure 24. Parmi les 5 stations, seul les STEU de Caignac et Vieillevigne sont conformes à la règlementation qui leur a été imposée en terme de concentration en sortie de la station. Les stations de Ste Foy de Peyrolières et St Genies 2 stations à boue activée ne sont pas conforme au niveau du phosphore total. La station de Corronsac n’est pas conforme pour les concentrations des MES.
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Corronsac Caignac 140 Vieillevigne 140 100 120 90 120 100 80
(mg/l) 100 70 80 80 Sortie STEU 60 Sortie STEU Sortie STEU 60 Limites 50 60 Limites 40 Limites 40 40 30 20
20 Concentration (mg/l)
Concentration 20
0 Concentration (mg/l) 10 MES DCO DBO5 NTK NH4 P 0 0 total MES DCO DBO5 NTK MES DCO DBO5
140 140 Ste Foy de P St Génies 120 120
100 100
80 80 Sortie STEU Sortie STEU 60 Limites 60 Limites
40 40 Concentration (mg/l) Concentration 20 Concentration (mg/l) 20
0 0 MES DCO DBO5 NTK NH4 P total MES DCO DBO5 NTK NH4 NG Pt
Figure 23: Concentrations mesurées et limites de chaque station.
34 J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
5. Suivi des performances des ZRV Le but ici est de faire un constat entre les stations à ZRV et les stations sans ZRV. Nous allons faire une comparaison entre les stations de Caignac, Corronsac et celle de Vieillevigne, les trois stations ont toutes une taille relativement petite. Une autre comparaison entre la station de Ste Foy de Peyrolières et celle de St Génies, qui sont toutes les deux des stations à boue activées aération prolongée, et ont une taille relativement plus grande que les trois autres susmentionnées. Cette comparaison permettra de connaître la performance des ZRV sur une station de traitement des eaux usées et nous pourrons en déduire si une ZRV permet un traitement supplémentaire et par conséquent participe à la réduction de l’impact des polluants domestiques sur le milieu naturel.
5.1 Lissage des débits par les ZRV La figure 24 montre les variations de débits en entrée et sortie des ZRV de Caignac. Les débits sont fortement tamponnés, la ZRV joue un rôle dans le lissage hydraulique des débits, comme le montre la figure 24. Le temps de séjour de l’eau traitée qui sort de la station séjourne longtemps dans la ZRV avant d’être rejeté dans le milieu naturel (Pagotto et al., 2014). Le débit qui sort de la STEU est nettement inférieur à celui qui sort de la ZRV. C’est l’un des rôles de la ZRV qui consiste à rejeter un de débit inférieur dans le milieu naturel à celui qui sort de la station.
18 Débit sortie STEU Débit sortie ZRV 16 14 12 10
8 m3/h 6 4 2 0
heure
Figure 24: Courbe de débit en entrée et sortie de la ZRV de la station de Ste Foy de Peyrolières
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5.2 Conservation de débit Le tableau 11 montre le taux de conservation des débits des deux stations. Les résultats montrent que ce taux est de 90%. Il a été constaté que l’aptitude à l’infiltration des ZRV est trop faible. Cette perte de 10% du volume d’eau entre l’entrée et la sortie des ZRV peut avoir plusieurs origines : évaporation des surfaces d’eau libre, évapotranspiration par les plantes, infiltration dans le sol. Tableau 12: Débit en entrée et sortie ZRV
Caignac Entrée ZRV sortie ZRV
Volume écoulé en 24h 24,51 m3 22m3
Ste Foy de Peyrolières Entrée ZRV Entrée ZRV
Volume écoulé en 24h 111 m3 97 m3
Taux de conservation 90% 89%
5.3 Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution organique La figure 25 montre la concentration de la demande biochimique en oxygène 5 jours
(DBO5) et celle de la demande chimique en oxygène (DCO) des cinq stations. Les concentrations en entrée de la station, en sortie de la station et celles en sortie des ZRV pour les trois stations qui possèdent des ZRV. Les résultats montrent que la ZRV a permis un abattement de la DCO respectivement de 30 et 65% à Caignac et Corronsac et un abattement de la DBO5 50 et 70% sur les mêmes stations. Sur la station de Ste Foy de Peyrolières les mêmes paramètres sont restés stables entre la sortie de la station et la sortie ZRV.
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DCO DCO 1800 1610 1200 1600 1000 1000 924 1400 1200 800 1000 920 600 800 670 600 400
Concentration Concentration (mg/l) 400 concentration(mg/l) 200 120 200 80 56 42 58 30 30 23 0 0 Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
DBO5 DBO5 700 650 450 400 600 400 360 350 500 300 370 400 250 300 250 200 150 200
100 concentration (mg/l) concentration Concentration Concentration (mg/l O2) 100 50 8 4 17 4 2 2 2 3 0 0 Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
Figure 25: Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution organique
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5.4 Influence des ZRV sur l’abattement la pollution physique (MES) La figure 26 montre l’abattement de la pollution physique par les STEU et les ZRV. Il a été constaté un abattement de -47% des MES en sortie de la ZRV de Caignac et de -20% à Ste Foy de Peyrolières. L’abattement des MES est positive, 58% à la STEU de Corronzac. En regardant la sortie des deux types de stations, il a été constaté qu’à la sortie des ZRV les matières en suspension sont plus élevées qu’en sortie des STEU qui ne possèdent pas de ZRV. Cela est dû à la présence des macrophytes dans les ZRV.
MES MES 1400 450 410 1230 388 1200 400 350 1000 300 800 250 600 200 396 150 400 275
concentration(mg/l) 100 Concentration(mg/l) 200 50 21 31 39 16 11 2 6 2 0 0 Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
Figure 26: Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution physique (MES) 5.5 Influence des ZRV sur l’abattement du phosphore La figure 27 présente le phosphore total en entrée et sortie des STEU ainsi qu’en sortie ZRV. Les résultats montrent que les ZRV n’ont pas permis d’avoir un abattement sur le Phosphore. Les abattements obtenus sont respectivement -12.5%, 13% et -42% à Caignac, Corronsac et Ste Foy de Peyrolières entre la sortie des STEU et celle des trois ZRV. Les STEU de Ste Foy de Peyrolières et de St Génies possèdent un traitement chimique du phosphore (chlorure ferrique), c’est ce qui explique le bon traitement du phosphore par ces deux stations, ce sont aussi des stations à boues activées. Les autres stations ne possèdent pas ce traitement spécifique.
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P total P total 16 14 14 14 13 14 13 11,3 12 11 12 9 10 10 8,2 8 8 5,6 6,3 6 6 4 4
2 2 0,17 0,1 0,19 concentration(mg/l)
Concentration (mg/l P) 0 0 Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
Figure 27: Influence des ZRV sur le phosphore
5.6 Influence des ZRV sur l’abattement de l’ammonium (NH4) et des nitrates (NO3) La figure 28 présente les concentrations en entrée et en sortie des STEU de l’ammonium et des nitrates en plus des concentrations en sortie ZRV. Les résultats montrent que l’ammonium n’a pas subi de diminution entre la sortie des stations et celles des ZRV. Les concentrations ont même augmenté parfois. Au niveau des nitrates il a été constaté un abattement notable des nitrates, qui est 55% à Caignac et 63% à Corronsac en sortie ZRV de ces deux stations. La réduction des nitrates au niveau des deux stations a été possible par l’action des ZRV, ce qui a permis à ces deux stations d’avoir un abattement des nitrates largement inférieur à la station de Vieillevigne, donc il y a eu une dénitrification dans les ZRV. Par contre à la ZRV de Ste Foy de Peyrolières, nous constatons qu’il y a eu une augmentation de -90% des nitrates en sortie de la ZRV, donc une nitrification importante.
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NH4 NH4 100 80 75 87 82 67 80
65 60 (mg/l) 60 40 40 20 20 20 0,6 1,2 1,4 1,3 0,5 0,6 1
0 concentration 0
Concentration (mg/l N) Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
NO3 NO3 57 60 2,5 2 50 44 2 40 1,5 30 22 1 16 20 0,5 0,5 10 0,5 10 0,05 0,5 0,5 0 Concentration(mg/l) 0 Concentration Concentration (mg/l N) 0 0 Caignac Corronsac Vieillevigne Ste Foy de P St Genies
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
Figure 28: Influence de la ZRV sur l'ammonium et les nitrates 5.7 Influence des ZRV sur l’abattement de l’azote kjeldalh (NTK) La figure 29 indique les concentrations en entrée et sortie des STEU du NTK ainsi la sortie de des ZRV. Les résultats montrent que les ZRV n’ont pas permis d’avoir un traitement supplémentaire pour le NTK. Sur les stations de Caignac l’abattement est nul en sortie ZRV, alors que sur Corronsac il a été observé une augmentation avec un abattement de - 44%. Même constat en sortie de la ZRV de Ste Foy où il a été constaté un abattement de 11%. Là encore la ZRV n’a pas permis d’obtenir un résultat qui permet d’avoir un abattement satisfaisant par rapport aux autres stations qui ne possèdent pas de ZRV.
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NTK NTK 150 150 116 120 100 100 100 100 76
50 28 50 4,1 4,1 5 7,2 1,8 1,6 2 0 0 Ste Foy de P St Genies
Caignac Corronsac Vieillevigne concentration(mg/l)
Concentration (mg/l N) Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV de SFP
Figure 29: Influence des ZRV sur l’azote kjeldalh (NTK) 5.8 Influence des ZRV sur l’abattement de la pollution fécale La figure 30 présente les résultats de la pollution fécale. Les résultats montrent que l’abattement de Escherichia Coli a été important en sortie de la ZRV sur les deux stations. Comparativement aux autres paramètres, la ZRV a été très efficace pour le traitement de Escherichia coli. Le rendement qui a été remarqué est de l’ordre de 96% à Caignac et 81 % à Corronsac. Une étude réalisée dans le département du Lot par le SATESE, avec des ZRV pour évaluer leur performance sur la bactériologie ; Les premiers suivis ont montré des résultats favorables. (Bourderioux and Tournoud, 2011).
E. Coli 250000
200000
150000 Sortie ZRV
100000 Entrée ZRV (npp/100ml) 50000
0 Caignac Corronsac
Figure 30: Influence de la ZRV sur la bactériologique
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5.9 Influence des ZRV sur le pH Sur la figure 31 présente le pH en entrée et sortie des STEU ainsi qu’à la sortie des ZRV. Il a été constaté que le pH des stations qui possèdent des ZRV ont une valeur qui fluctue entre 7 et 8, Ces valeurs du pH entre 7 et 8 sont très bonnes pour le milieu naturel. Au niveau de la station de Corronsac, la ZRV a permis de ramener le pH de 5,7 à 8. Sur les stations de Vieillevigne et St Géniès qui ne possèdent pas de ZRV, les valeurs du pH sont respectivement 3 et 6.85 en sortie de station. La ZRV a une influence sur le pH, comme on peut le voir sur cette figure 31. Les ZRV ont permis de ramener le pH à la normal.
Entrée STEU Sortie STEU Sortie ZRV pH
7,8 8 8 7,7 7,8 8 7,85 7 7,4 7,2 6,85 5,7
3
Caignac Corronsac Ste Foy de P Vieillevigne St Génies
Figure 31: Influence des ZRV sur le pH
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6. Impact des rejets dans le milieu naturel Le tableau 13 présente les concentrations en amont des différents cours d’eau dans lesquels les cinq stations rejettent les effluents traités. Les résultats montrent que deux des stations sont en état moyen. La station de Caignac est dans un état moyen sur l’oxygène dissous et le taux de saturation en amont. Cela n’est pas l’effet de la station du fait que le problème observé se trouve avant le rejet de la station. Cela peut nous conduire à conclure que des activités exercées en amont du cours d’eau sont à l’origine de l’appauvrissement de l’oxygène dans le milieu. Le taux de saturation et l’oxygène dissout sont deux paramètres liés l’un et l’autre. La carence en oxygène donne une chute du taux de saturation dans le cours d’eau (Galvez-Cloutier, R., Ize, S., & Arsenault, S, 2002).
A l’amont de la station de Vieillevigne le phosphore se trouve dans un état moyen à l’amont du cours d’eau de rejet. A ce niveau également les dégradations sont à la base des activités en amont du rejet de la station. Les activités en agricultures peuvent être à la base du déversement des nutriments dans le cours d’eau (Delmas, R., & Treguer, P, 1983).
Tableau 13: Récapitulatifs des impacts de chaque station en amont du milieu
Station de CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Caignac MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Amont 3 23 4 0,06 <0.03 <1 0,12 0,07 4,6 48 PARAMETRES CONCENTRATION (mg/l) Station de IN SITU Corronsac MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Amont 9 <30 <0,5 0,03 0,07 27 0,02 0,02 9,2 91 Station de CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Vieillevigne MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Amont 20 9 <2 < 0.05 <0,03 4 0,6 1,6 7,7 88 Station de St CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Génies MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Amont 10 <30 <2 < 0.05 0,09 13 0,1 0,18 8,5 94 Station de Ste CONCENTRATION (mg/l) Foy de P. MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PH O2 dissous % saturation Milieu Amont 23 <30 <2 0,07 0,15 8 <0,05 8 8,4 87
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Le tableau 14 présente les concentrations en aval des différents cours d’eau dans lesquels les cinq stations rejettent les effluents traités. Les résultats montrent que deux des stations ont un impact réel dans les milieux récepteurs de rejets. Il s’agit des stations de Caignac et de Vieillevigne. Les pressions exercées sont principalement les nutriments et le déficit en oxygène. Ces valeurs sont en mauvais état écologique en aval des stations, le fait que Cela est observé en aval des rejets des deux stations confirme que la dégradation est dû aux rejets des deux stations. Le phosphore étant l’un des éléments principaux à la base de l’eutrophisation des cours d’eau (Wasson et al, 1998), ce risque est à craindre pour les ruisseaux de Gardijol et Thésauque. La carence en oxygène dissous dans un cours d’eau est une mauvaise chose. Le taux de saturation et l’oxygène dissous étant liés, les deux paramètres se retrouvent dans un état moyen, alors que ces deux paramètres ont une grande importance pour le bon développement des organismes aquatiques (S. Hebert and S. Legare du Québec, 2000). Le déficit d’oxygène dans le ruisseau indique une décomposition de la matière organique dans le milieu (Capblancq, J. and Lavandier, P. (1975). Dans les autres ruisseaux, il n’y a pas de pression au vu des normes pour le milieu écologique, tous les paramètres qui font l’objet de suivi du milieu pointent entre un très bon état écologique et un bon état écologique.
Tableau 14: Récapitulatifs des impacts de chaque station en aval du milieu
Station de CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Caignac MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Aval 4 31 4 0,22 0,49 21 3,7 10 6,2 65,2 PARAMETRES CONCENTRATION (mg/l) Station de IN SITU Corronsac MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Aval 10 <30 0,8 0,08 0,31 18 0,2 0,5 8,1 81 Station de CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Vieillevigne MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Aval 19 11 <2 1,1 1,6 15 0,9 2,4 7,4 84 Station de St CONCENTRATION (mg/l) PARAMETRES IN SITU Génies MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PO4 O2 dissous % saturation Milieu Aval 10 <30 <2 0,31 0,22 15 0,17 0,25 7,6 88 Station de Ste CONCENTRATION (mg/l) Foy de P. MES DCO DBO5 NH4 NO2 NO3 P total PH O2 dissous % saturation Milieu Aval 8 <30 <2 0,05 0,08 6 0,05 8,1 7,6 88
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CONCLUSION Ce travail avait pour objectif d’étudier l’impact de la pollution des rejets d’eaux usées sur les milieux naturels afin de contribuer à la protection de l’environnement. Les résultats montrent que toutes les stations de STEU étudiées sont conformes à la règlementation vis-à-vis de la qualité des rejets qui leur a été imposée par l’arrêté préfectoral en termes de concentrations et de rendements de rejets dans le milieu naturel. Deux des 5 stations étudiées ont un impact négatif sur le bon état écologique des cours d’eau, il s’agit de la station de Caignac et celle de Vieillevigne. L’étude a montré que les ZRV ont été efficaces sur l’abattement des E. coli de 96% et 81% sur deux station. L’étude a aussi fait ressortir que la ZRV n’apporte pas un traitement supplémentaire sur le phosphore. Par contre les ZRV contribuent légèrement à l’élimination de la pollution physique (MES) et organique (DBO5, DCO.). Il est à retenir que les ZRV ne permettent pas un abattement important sur une station de traitement des eaux usées et donc par conséquent elles ne servent pas à limiter l’impact d’une station sur le milieu naturel. Il est nécessaire de trouver des solutions techniques pour que ces ouvrages puissent apporter un traitement supplémentaire en sortie de station STEU afin de pouvoir contribuer à limiter l’impact des stations sur le milieu naturel. Aussi est-il nécessaire de mener des études de conception approfondies de ces ouvrages notamment sur le dimensionnement pour obtenir des dimensions permettant la détermination du temps de séjour de l’eau traité dans les ZRV. Il sera aussi important d’imposer des limites en sortie des ZRV pour éviter l’augmentation des concentrations en sortie ZRV.
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ATELIER ZRV du Groupe EPNAC : analyse règlementaire des zones de rejet végétalisées (ZRV)
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II J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
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III J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
ANNEXES Annexe I : Quelques appareils et matériels utilisés sur le terrain ...... V Annexe 2 : Courbes de débits de 5 stations ...... IX Annexe 3 : Tableaux d’informations générales des STEU ...... XII Annexe 4 : Coordonnées des STEU étudiées et leur point de rejet ...... XIII Annexe 5 : Ordre de mission pour la participation des Journées Techniques EPNAC à Bordeaux ...... XIV
IV J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Annexe I : Quelques appareils et matériels utilisés sur le terrain
Préleveur ISCO HYDREKA
Préleveurs ISCO Glacier et Avalanche lors des prélèvements sur le terrain
V J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Les débitmètres HYDROLOGIC DPN 7/4 et 2G METROLOGIE Debbule P
Appareils de mesure in situ et une perche de prélèvement en milieu accidenté
VI J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Rejet de dans le milieu naturel et Prélèvement dans le lit du cours d’eau
Canal de Venturi et Canal à seuil triangulaire
VII J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Prélèvement depuis un pont
VIII J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Annexe 2 : Courbes de débits de 5 stations Courbe de STEU de Caignac
2,5
2
1,5
m3/h 1
0,5
0
heure
Courbe de la STEU de Corronsac
10 9 8 7 6 5
m3/h 4 3 2 1 0
heure
IX J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Courbe de la STEU de Ste Foy de Peyrolières
18 16 14 12 10
8 m3/h 6 4 2 0
heure
Courbe de la STEU de St Génies
25
20
15
10m3/h
5
0
heure
X J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Courbe de la STEU de Vieillevigne
3,5
3
2,5
2
1,5m3/h
1
0,5
0
heure
XI J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Annexe 3 : Tableaux d’informations générales des STEU Informations générales sur la station de Vieillevigne
Débit Date mise Maître N° AEAG Capacité Exploitant référence en service d’Ouvrage
300 EH 0531576V001 60 m³/j Juin 2001 SMEA SMEA (18 kg DBO5)
Informations générales sur la station de Ste Foy de Peyrolières
N° AEAG Capacité Débit Date mise Maître Exploitant référence en service d’Ouvrage 0531481V002 1600 EH 266 m³/j 2015 SMEA SMEA (96 kg DBO5) Informations générales sur la station de Caignac
N° AEAG Capacité Débit Date mise Maître Exploitant référence en service d’Ouvrage 0531099V002 400 EH ( 24kg DBO5) 62.6 m³/j 2014 SMEA SMEA
Informations générales sur la station de Corronsac
N° AEAG Capacité Débit Date mise en Maître Exploitant référence service d’Ouvrage 0531151V002 500 EH 90 m³/j Juin 2012 SICOVAL SICOVAL (30 kg de DBO5)
Informations générales de la station
N° AEAG Capacité Débit Date mise Maître Exploitant référence en service d’Ouvrage 0531484V002 2500 EH 420 m³/j Juillet 2007 Commune Veolia (150 kg DBO5)
XII J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Annexe 4 : Coordonnées des STEU étudiées et leur point de rejet Stations étudiées et leur point de rejet Latitude Longitude Caignac 595152.65 6248122.91 Rejet 595004.00 6248176.00 Corronzac 578524,77 6264691,22 Rejet : 578434,2 6264672,9 Lherm nouvelle 557 218 6261243 Rejet 557276.9 6261153.7 Vieillevigne 590693.26 6256859.82 Rejet 590629.94 6256884.0 Sainte Foy de Peyrolières 550467.1 6268428.5 Rejet 550716.5 6268449.7 Saint Genies de Bellevue 579643,21 6284450,35 Rejet 577613.5 6287603.4
XIII J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016 Impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur les milieux aquatiques récepteurs : cas des zones de rejets végétalisées et des cours d’eau en Haute-Garonne, France
Annexe 5 : Ordre de mission pour la participation des Journées Techniques EPNAC à Bordeaux
XIV J. Tchangnangou DJIWA BOUNDI Eau et Assainissement 2015/2016