Soutenance mémoire
La parenthèse urbaine de l’eau
Parler de la gestion des ressources en eau nécessite avant tout de revenir à la notion de cycle hydrologique. Celui-ci est généralement défini comme un modèle conceptuel décrivant le stockage et la circulation de l’eau entre la biosphère, l’atmosphère, la lithosphère et l’hydrosphère (Marsalek et al. 2008). L’eau peut être stockée dans l’atmosphère, les océans, les lacs, les rivières, les ruisseaux, les sols, les glaciers, les champs de neige et les aquifères souterrains. Elle circule entre ces compartiments de stockage grâce à des processus tels que l’évapotranspiration, la condensation, la précipitation, l’infiltration, la percolation, la fonte des neiges et le ruissellement. Dans les zones urbaines, le cycle hydrologique est fortement modifié par les impacts de l’urbanisation et la fourniture des services d’eau à la population urbaine. Il doit ainsi intégrer l’approvisionnement en eau, la collecte des eaux usées et l’épuration. La Figure 2 montre qu’au cours de ce même cycle, l’eau est plusieurs fois captée, pompée, traitée, consommée, rejetée et réutilisée. Ainsi, au sein d’un même bassin versant, une eau utilisée à l’aval d’une rivière a déjà été utilisée en amont à plusieurs reprises. Le cycle de l’eau est ainsi lui-même composé d’une multitude d’étapes intermédiaires. Dans notre recherche, nous nous intéresserons à l’une de ces étapes, appelée parenthèse urbaine de l’eau (Chocat 2015). Elle consiste à acheminer de l’eau vers les villes pour les usages urbains, puis à rejeter cette eau vers le milieu naturel après traitement. La Figure 3 présente l’ensemble des étapes qui constituent la parenthèse urbaine de l’eau. Cette parenthèse urbaine de l’eau est mise en œuvre grâce à un système d’alimentation en eau, soit l’ensemble des infrastructures nécessaires au prélèvement de l’eau, son traitement puis sa distribution pour les usages. En France, la ressource utilisée peut être une eau souterraine (deux tiers des prélèvements) ou une eau de surface (le plus souvent issue d’une rivière). Dans un premier temps, cette eau est acheminée vers une usine de traitement où elle subit des traitements pour la rendre potable, c’est-à-dire sans risque pour la santé et agréable à boire. L’eau est ensuite pompée puis distribuée dans les réseaux de canalisations pour alimenter les différents usagers. Des réservoirs situés en hauteur (appelés aussi «châteaux d’eau») permettent de stocker temporairement l’eau afin d’assurer les débits de pointe et la pression de service. Les usages de l’eau sont multiples : consommation humaine, usages domestiques (cuisine, toilettes,…), entretien de la ville usage industriels, etc. Une fois utilisées, les eaux sont dites « usées ». Dans les villes, elles sont alors évacuées par un système d’assainissement, constitué de réseaux situés dans le sous-sol. Ces réseaux assainissement sont de deux sortes :
• Unitaires : ces réseaux collectent à la fois les eaux usées et les eaux pluviales issues du ruissellement sur les surfaces urbaines. C’est le cas des premiers réseaux construits historiquement, comme par exemple pour Paris (à partir du XIXème siècle)
• Séparatifs : ces réseaux collectent séparément les eaux usées et les eaux pluviales. Ces types de réseaux, mis en place dans les villes plus récentes, ont été construits à partir de la moitié du XXème siècle.
Les réseaux d’eaux usées, qu’ils soient séparatifs ou unitaires, convergent vers une ou plusieurs stations d’épuration chargées d’épurer l’eau avant son rejet au milieu naturel, à l’aval de la ville. Afin de juger de la durabilité de cette parenthèse urbaine de l’eau, il nous paraît pertinent d’étudier les interactions entre celle-ci et le cycle de l’eau global, et plus généralement son impact sur l’environnement (au sens large). Trois éléments méritent d’être évoqués dans la suite : les rejets urbains en temps de pluie, le coût environnemental du traitement de l’eau, et enfin le changement climatique comme facteur aggravant. Tout d’abord, la gestion actuelle de l’eau en ville engendre des rejets urbains en temps de pluie qui dégradent la qualité du milieu récepteur. En effet, l’imperméabilisation des sols entraîne un ruissellement des eaux pluviales vers les réseaux assainissement. En cas de forte pluie, leur ruissellement entraîne une saturation des réseaux d’assainissement, ce qui peut induire des rejets urbains en temps de pluie dans le milieu naturel. Ces rejets peuvent être ainsi préjudiciables pour les prélèvements en eau potable des villes situées en aval. Par ailleurs, les processus de traitement de l’eau sont aujourd’hui de plus en plus coûteux en énergie et en produits chimiques, du fait de la dégradation de la qualité des ressources en eau. En effet, de nombreux captages d’eaux souterraines destinés à la consommation humaine sont abandonnés en raison de leur qualité, notamment leur teneur en nitrate et pesticides (MTES 2012). Il est désormais reconnu que la source majeure de cette pollution diffuse est l’agriculture, avec ses épandages d’engrais et de déjections animales depuis les années 1970 (Benoît 2013). L’abandon des captages contraint les producteurs à se tourner vers les eaux de rivières qui sont certes des ressources plus abondantes que les eaux de sources, mais de qualité plus variable. En conséquence, leur potabilisation nécessitera des traitements plus sophistiqués, avec un impact non neutre sur l’environnement. Enfin, le changement climatique représente un facteur aggravant, dans la mesure où il fragilise la disponibilité des ressources sur le bassin de la Seine à l’horizon 2050. En conséquence, cette baisse de disponibilité des ressources pourrait amener les producteurs en eau potable à aller chercher la ressource plus loin, augmentant alors les consommations énergétiques de transport. Au regard de la définition de la durabilité formulée dans la partie 2.1, la gestion des ressources en eau ne paraît ainsi pas durable aujourd’hui en France, au vu du manque de coordination entre l’agriculture et la production d’eau potable. D’autre part, nous constatons qu’à l’échelle de la parenthèse urbaine de l’eau, les différentes étapes de cycle de l’eau sont gérées de manière compartimentée, sans forcément faire le lien entre différentes étapes comme les ressources et les usages. Pourrions-nous satisfaire nos besoins avec une moindre quantité d’eau ? S’interroger sur la quantité d’eau consommée est une première piste pour réduire les prélèvements en eau pour la ville. S’interroger sur la qualité requise pour les usages est une deuxième piste possible : Quelle qualité d’eau est réellement requise pour quel usage ? Cette seconde question paraît pertinente du point de vue environnemental à deux niveaux. Tout d’abord parce qu’elle aborde la question du traitement, qui est coûteux environnementalement. Ensuite parce qu’elle fait intervenir la notion de réutilisation : des eaux qui sont aujourd’hui considérées comme des « déchets » en milieu urbain peuvent éventuellement être « recyclées » et devenir une ressource. La réutilisation de ces eaux permet ainsi de diminuer les prélèvements dans les ressources actuellement sollicitées. Cette relation entre usages et qualité est plus amplement discutée dans le paragraphe suivant.
Un intérêt économique fortement dépendant du contexte
Il n’existe pas de consensus sur les gains économiques d’un double système par rapport à un système simple de distribution en eau. En effet, la comparaison de ces deux systèmes nécessite de définir au préalable si le système d’alimentation en eau non potable est construit en même temps ou après le système d’alimentation en eau potable. Plusieurs configurations sont étudiées dans la littérature. Haney et al. (1965) et Möhle (1980) s’intéressent à l’intérêt d’un double système dans une ville, lors de la phrase de conception des réseaux d’eau dans une Ville. Tous deux s’accordent sur le fait que la comparaison économique dépend essentiellement des hypothèses de traitement pour l’eau potable. Lorsque celle-ci connait un traitement « conventionnel » (tamisage, décantation et filtration), le système simple est plus avantageux économiquement. Lorsque le système d’alimentation en eau potable fait recours à un traitement plus avancé, le système double s’avère plus avantageux, aussi bien en termes de coûts d’exploitation que d’investissement. Cette question a été également abordée par Kang et al. (2012), qui comparent un système simple et un système double d’alimentation en eau fictif sur le plan économique. D’après leurs résultats, le système simple s’avère plus avantageux économiquement que les doubles systèmes, en considérant uniquement les coûts d’investissement et de fonctionnement des conduites et des pompes. Lorsqu’un système d’alimentation en eau potable est déjà existant, la mise en place d’un second système en parallèle nécessite des investissements importants. Möhle (1980) a fait l’exercice théorique sur un système simple d’alimentation en eau potable dans une ville, qui intègre un deuxième système distribuant des eaux industrielles. Ses calculs montrent que la mise en place de ce double système aboutit à une augmentation du prix de l’eau potable par deux, si elle est financée par la facture de l’eau. Par ailleurs, le financement d’un double réseau appelle à réfléchir à la tarification, qui est aujourd’hui encore peu étudiée (WRF 2013, 16). Nous citerons le cas de la Ville San Diego, aux Etats-Unis, qui a mis en place un réseau d’eaux usées traitées à partir de 1995, suite aux négociations avec l’Agence de protection environnementale au sujet du rejet des effluents en milieu naturel. Ce réseau de 110 km distribue des eaux usées traitées destinées à des usagers industriels de San Diego et à des municipalités voisines. En 2009, la Ville de San Diego commande une étude afin d’évaluer et d’améliorer la gestion financière du système de recyclage des eaux. L’étude montre que la gestion de ce réseau est déficitaire. Certes, la Ville reçoit les recettes liées aux ventes d’eau, et des apports financiers complémentaires des organismes en charge de la fourniture d’eau (ici le Metropolitan Water District of Southern California et la San Diego County Water Authority). Toutefois, l’ensemble de ces recettes et des ces apports complémentaires ne permettent pas de couvrir les coûts d’exploitation et les investissements. Or, San Diego ne peut pas fortement augmenter le prix de l’eau usée traitée, car elle doit maintenir la vente de cette eau attractive. Une possibilité évoquée par l’étude consiste alors à solliciter d’autres sources de financement, comme celle de l’acteur en charge de l’assainissement (ici le Metropolitan Wastewater Department de San Diego). Enfin, lorsqu’on considère un double réseau déjà existant et qu’on souhaite étudier connaitre les enjeux économiques de son évolution, les études identifiées portent essentiellement sur le cas Parisien. L’ensemble des études tendent à montrer que la dépose du RENP est plus coûteuse que son maintien (EDP 2011; Hydratec 1997; Merlin 1986; SAFEGE 2008). A l’étranger, seule une étude porte sur le double réseau à Hong-Kong (Tang, Yue, et Ku 2007). Ce double système existe depuis les années 1950. Le système d’alimentation en eau non potable est alimenté par l’eau de mer, et permet d’alimenter 80% de la population à Hong-Kong pour leurs chasses d’eau. L’utilisation de l’eau de mer vient en complément de l’eau potable qui provient principalement de l’eau de rivière Dongjiang, achetée à la province de GuangDong de la République Populaire de Chine. Tang et al. (2007) comparent ce double système avec un système simple fictif qui alimenterait également les chasses d’eau des ménages. Leurs calculs sont basés sur la valeur nette actuelle, qui tient compte à la fois des coûts d’exploitation et des investissements. Ils montrent que le système double s’avère plus avantageux économiquement que le système simple, notamment en raison des moindres coûts d’exploitation (liés à l’achat de l’eau de rivière et au traitement de potabilisation).
Bois de Boulogne et de Vincennes
Le Bois de Boulogne et le Bois de Vincennes utilisent l’ENP pour la mise à niveau de leurs lacs et l’arrosage des espaces verts. Les lacs ont une fonction esthétique, écologique (permettant une vie aquatique) et récréative (promenade en bateau). La baignade n’y est pas actuellement autorisée, cependant la VDP souhaite la mettre en place dans le lac Daumesnil du Bois de Vincennes d’ici l’été 2019 (VDP 2016b). Les Bois sont gérés par les services de la Direction des Espaces Verts et de l’Environnement (DEVE). Ils sont alimentés par plusieurs arrivées d’ENP issues du RENP. A l’intérieur des Bois, l’ENP est mise en distribution dans les réseaux enterrés de la DEVE. Les réseaux hydrographiques des Bois et les entrées d’ENP sont présentés dans la Figure 23. Le Bois de Boulogne est alimenté par quatre conduites de Passy : « Auteuil » (DN200 mm), « Tolstoï « (DN400mm), « Colombie » (DN400mm) et « Maillot » (DN400mm). L’eau alimente principalement un système de lacs de rivières dont le point haut est le lac Supérieur. L’ENP est également utilisée pour l’arrosage du Bois et pour les branchements des concessionnaires (ex : arrosage de l’hippodrome d’Auteuil) Le Bois de Vincennes est alimenté par deux conduites de Charonne : « Vincennes Nord » (DN600mm) et « Vincennes Sud » (DN600mm). L’eau alimente deux ensembles de lacs et rivières qui fonctionnent indépendamment. Le premier ensemble est alimenté par le lac de Gravelle (le point haut du Bois) et le deuxième est alimenté par le lac des Minimes. L’ENP est également utilisée pour l’arrosage du Bois et pour les branchements des concessionnaires.
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Table des matières
1 INTRODUCTION
2 LES DOUBLES RESEAUX POUR UNE GESTION DURABLE DES RESSOURCES EN EAU : CLEFS DE COMPREHENSION
2.1 LA DURABILITE, UN CONCEPT A PRECISER
2.2 LA PARENTHESE URBAINE DE L’EAU
2.3 REPENSER LE LIEN ENTRE USAGES ET RESSOURCES
2.4 LE DOUBLE RESEAU : UN OBJET ANCIEN, MAIS DES QUESTIONS RECENTES
2.4.1 Doubles réseaux d’hier et d’aujourd’hui
2.4.2 De multiples enjeux aujourd’hui soulevés
2.4.2.1 Un intérêt économique fortement dépendant du contexte
2.4.2.2 Un impact environnemental complexe à évaluer
2.4.2.3 L’interconnexion entre réseaux, un risque à anticiper mais peu constaté
2.4.2.4 Une vision multidisciplinaire des doubles réseaux embryonnaire
2.5 LE RESEAU D’EAU NON POTABLE COMME SYSTEME SOCIO-TECHNIQUE
2.6 CONCLUSIONS
3 LE RESEAU D’EAU NON POTABLE, UN SYSTEME SOCIO-TECHNIQUE AUX CONTOURS IMPRECIS ET AUX EVOLUTIONS INCERTAINES
3.1 UN RESEAU QUI S’INSERE DANS LA VILLE ET DANS SON ENVIRONNEMENT
3.1.1 Réseau d’eau non potable
3.1.1.1 Historique
3.1.1.2 Fonctionnement général du RENP
3.1.1.3 Exploitation et suivi technique
3.1.1.4 Travaux majeurs prévus
3.1.2 Usages en eau non potable de la ville
3.1.2.1 Curage des égouts
3.1.2.2 Nettoyage des voiries
3.1.2.3 Bois de Boulogne et de Vincennes
3.1.2.4 Espaces verts et Bassins dans Paris intra-muros
3.1.2.5 Des usages minoritaires
3.1.2.6 Volumes non identifiés
3.1.2.7 Synthèse des consommations
3.1.2.8 Contraintes de qualité vis-à-vis des usages
3.1.3 Ressources actuelles du réseau
3.1.3.1 La Seine
3.1.3.2 La rivière et le canal de l’Ourcq
3.1.3.3 Estimation des débits des cours d’eau
3.1.3.4 Un enjeu règlementaire porté sur le maintien des débits réservés
3.1.4 Interactions hydriques entre le réseau, la ville et le milieu naturel
3.1.4.1 Prélèvement en eaux brutes
3.1.4.2 Le RENP et ses usages
3.1.4.3 Rejet dans les égouts, puis dans le milieu naturel
3.1.4.4 Schéma hydrologique
3.2 DES ACTEURS MULTIPLES AUTOUR DU RESEAU
3.2.1 Concepts théoriques mobilisés
3.2.2 Acteurs du service de l’eau non potable
3.2.3 Autres acteurs associés au schéma hydrologique du réseau d’eau non potable
3.2.4 Typologie des acteurs intervenant dans le processus de décision et cartographie de leurs relations
3.2.5 Flux financiers, un enjeu important dans les relations entre acteurs
3.2.5.1 Redevances et taxes pour le prélèvement dans la ressource et le rejet en assainissement
3.2.5.2 Vente de l’eau brute du canal de l’Ourcq
3.2.5.3 Tarification ENP
3.2.5.4 Cartographie des flux économiques liés à l’ENP
3.3 VERS UNE DIVERSIFICATION DES RESSOURCES ?
3.3.1 Eaux de piscine
3.3.1.1 Cadre réglementaire
3.3.1.2 Volumes disponibles à Paris
3.3.1.3 Qualité
3.3.1.4 Cas de réutilisation et retours d’expérience
3.3.2 Eaux de pluie
3.3.2.1 Cadre règlementaire
3.3.2.2 Volumes
3.3.2.3 Qualité
3.3.2.4 Cas de réutilisation et retours d’expérience
3.3.3 Eaux d’exhaure
3.3.3.1 Cadre règlementaire
3.3.3.2 Volumes disponibles
3.3.3.3 Qualité
3.3.3.4 Cas de réutilisation
3.3.4 Eaux usées traitées
3.3.4.1 Cadre règlementaire
3.3.4.2 Volumes
3.3.4.3 Qualité
3.3.4.4 Cas de réutilisation
3.3.5 Des eaux de piscine aux eaux usées traitées : synthèse
3.4 CONCLUSIONS
4 IMPACT ENERGETIQUE DE LA DIVERSIFICATION DES RESSOURCES DU RENP
4.1 L’ENERGIE PARMI D’AUTRES INDICATEURS ENVIRONNEMENTAUX
4.2 DEMARCHE DE CONSTRUCTION ET D’EVALUATION DES SCENARII
4.3 SCENARIO « REFERENCE » : DESCRIPTION D’UN FONCTIONNEMENT NORMAL
4.3.1 Etude de l’année 2013
4.3.1.1 Volumes pompés vers les sous-réseaux du RENP
4.3.1.2 Volumes pompés à Trilbardou
4.3.1.3 Modèle hydraulique et consommations énergétiques
4.3.2 Le scenario « Référence » en somme
4.3.2.1 Choix des volumes
4.3.2.2 Modèle hydraulique et consommations énergétiques
4.3.2.3 Incertitudes
4.4 SCENARIO «EXHAURE»
4.4.1 Estimations du débit instantané Qi
4.4.2 Détermination du point d’injection
4.4.3 Consommations énergétiques
4.4.3.1 Rejet en égout
4.4.3.2 Injection dans le RENP
4.4.3.3 Impact sur le RENP
4.5 SCENARIO « OURCQ »
4.5.1 Choix du modèle hydraulique
4.5.2 Consommations énergétiques
4.6 SCENARIO « SEINE »
4.6.1 Choix du modèle hydraulique
4.6.2 Consommations énergétiques
4.7 SCENARIO «EAUX USEES TRAITEES»
4.7.1 Choix d’injection possibles
4.7.2 Choix du modèle hydraulique
4.7.3 Consommations énergétiques
4.8 COMPARAISON DES SCENARII
4.9 CONCLUSIONS
5 DES ACTEURS PARTAGES FACE A LA DIVERSIFICATION DES RESSOURCES
5.1 DEUX EXEMPLES REVELATEURS D’UN JEU D’ACTEUR COMPLEXE
5.1.1 La remise en question de l’apport de l’Ourcq pour le Canal
5.1.2 Les eaux d’exhaure de deux parkings parisiens jugées impropres au(x) réseau(x) et à l’arrosage
5.1.2.1 L’injection dans le RENP perçue comme une opportunité
5.1.2.2 Des interrogations fortes sur la qualité des eaux d’exhaure
5.1.2.3 Des gains économiques discutables et des changements organisationnels à anticiper
5.2 POSITIONS DES ACTEURS PAR RAPPORT A LA DIVERSIFICATION DES RESSOURCES DU RENP
5.2.1 Perception de la gestion actuelle du RENP
5.2.1.1 Un RENP essentiel pour les usagers, dont l’état est discuté
5.2.1.2 Des divergences sur l’adéquation de l’ENP aux usages en termes de débit et de pression
5.2.1.3 La qualité de l’ENP plus questionnée pour les usages futurs que les usages actuels
5.2.1.4 Un consensus sur la nécessité de préserver la ressource en eau
5.2.1.5 Un besoin d’information exprimé par les acteurs vis-à-vis d’Eau de Paris
5.2.1.6 L’importance du lien entre l’acteur et le RENP dans sa perception des potentialités du réseau
5.2.2 Perception de la diversification des ressources du RENP
5.2.2.1 Des acteurs majoritairement favorables ou en demande d’études complémentaires
5.2.2.2 Des interrogations ciblées sur la qualité
5.2.2.3 Les facteurs les plus importants : l’impact environnemental, la règlementation et les contraintes d’usages
5.2.3 Des freins et des leviers à la diversification des ressources du RENP à l’échelle du système d’acteurs
5.2.3.1 L’information, le nerf de la guerre
5.2.3.2 Une perception aiguë des incertitudes
5.2.3.3 Une croyance absolue en l’expertise
5.2.3.4 Des positions à nuancer par rapport au parcours des personnes et à leurs engagements personnels
5.2.4 Un retour sur nos hypothèses formulées
5.3 CONCLUSIONS
6 CONCLUSIONS
6.1 UN NOUVEAU REGARD SUR NOS HYPOTHESES
6.2 DE NOUVELLES PISTES A EXPLORER
BIBLIOGRAPHIE
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