Soutenance mémoire
L’exploitant
La gestion du service public d’assainissement a été déléguée à la Lyonnaise des Eaux par un contrat d’affermage d’une durée de 12 ans à compter du 1 er janvier 2013.
Lyonnaise des Eaux est en charge de la gestion de la station d’épuration et de la collecte des eaux usées.
La Charte Qualité Aisne-Ardennes-Oise
La Charte pour la Qualité des réseaux d’assainissement Aisne – Ardennes – Oise est un outil d’aide aux maîtres d’ouvrage. Elle s’appuie sur deux grands principes. Elle souligne le fait que la qualité est l’affaire de tous les intervenants : chacun doit s’engager sur la qualité de sa tâche, mais également faciliter celle de ses partenaires. La qualité exige aussi la transparence entre les différents intervenants pour faciliter l’établissement d’un dialogue confiant et constructif.
Cette charte présente la particularité d’être portée par l’ensemble des acteurs de la réalisation des réseaux d’assainissement depuis le maître d’ouvrage jusqu’aux financeurs en passant par les entreprises.
L’H2 S un gaz présent dans le réseau d’assainissement
Le soufre et ses dérivés sont la cause des problèmes présents sur le Syndicat. La compréhension de leurs origines et de leurs évolutions est nécessaire.
L’origine et l’évolution des différentes formesdu soufre
Le soufre est présent à l’état naturel sous forme de sulfate (SO4 2-) dans les réservoirs naturels que constituent les océans et les roches (Cf. Annexe 2). Naturellement, ces sulfates sont présents dans les eaux de distribution et donc dans les eaux usées à des concentrations qui varient en fonction de la nature géologique du sol.
La chimie du soufre est assez complexe, avec l’existence de nombreux composés plus ou moins stables en solutions. D’un point de vue thermodynamique, on ne devrait trouver en solution que les sulfures (H 2S, HS -, S 2-), le soufre colloïdal (S) et les sulfates (HSO4 -, SO4 2-). Ces équilibres chimiques sont régit principalement par le potentiel redox et le pH. L’hydrogène sulfuré (H 2 S) est un acide faible, il donne en solution aqueuse les équilibres suivants :
L’influence du biofilm dans la formation de l’H2S
La plupart des auteurs ont développé une compréhension des mécanismes de formation de l’H2S basée sur la théorie du biofilm. Ils considèrent que la production de sulfures a lieu essentiellement au sein du biofilm formé sur les parois des conduites d’assainissement.
Dans une conduite d’assainissement gravitaire non complètement remplie, hormis une présence importante de dépôts, l’effluent n’est pas en condition anaérobie, car il est en contact avec l’air. L’oxygène de l’air diffuse dans l’effluent et réagit rapidement. Sa concentration est dans la plupart des cas suffisante (sauf si le dépôt est important) pour empêcher la réduction de sulfates présents dans l’effluent.
Les paramètres influençant la production de l’H 2 S
La formation de l’H 2 S est le résultat d’une activité biologique dont le site n’est pas encore clairement défini. En regroupant les informations des différents articles traitant de ce sujet, un certain nombre de facteurs favorisant la production d’H2S a été mis au jour, au nombre desquels.
Le temps de séjour (dans une canalisation de refoulement)
Il faut noter que la notion de « temps de séjour » est une notion théorique. Dans la pratique, le temps de séjour réel est difficile à mesurer et varie en fonction des conditions locales. Pour une première approche, le temps de séjour moyen nous donne une idée de risque. D’après la charte qualité Aisne Ardennes Oise, un temps de séjour moyen supérieur à 2 h présente un risque certain de formation d’H 2S pour des températures supérieures à 15°C. [3 ; 5 ; 22].
La température
La température agit sur la cinétique de la formation des sulfures en favorisant le développement des bactéries sulfato-réductrices. L’influence de ce paramètre est négligeable en dessous de 10°C, mais devient prépondérante au-dessus de 15°C [3]. La vitesse de formation des sulfures augmente de 7% par degré au moins jusqu’à 40°C.
Pour évaluer les niveaux de risques de formation d’H2S, il faut connaître la température maximale. L’augmentation de la température favorise le développement des bactéries sulfato-réductrices. [22]
La vitesse du flux
La vitesse joue à la fois sur le taux de ré-aération, le transfert gaz-liquide, l’épaisseur des dépôts et sur les transports des solides dans le flux. Il ne semble pas qu’elle soit la seule susceptible de résoudre cette problématique, mais une vitesse minimale est conseillée.Maintenir des vitesses d’écoulement suffisantes pour respecter l’autocurage présenterait donc un intérêt :
– Si la vitesse instantanée est supérieure à 1,5 m/s pour une durée supérieure à 1 min, le dépôt est remis en suspension et se redépose éventuellement plus loin. Une zone génératrice d’H2S est ainsi définie.
– Si la vitesse instantanée est comprise entre 1 et 1,5 m/s pour une durée d’une minute, les boues sont partiellement remises en suspension, le dépôt estrégulièrement érodé.
– Si la vitesse instantanée est inférieure à 1 m/s,la plus grande partie du dépôt ne se déplace que très lentement. Seule la partie située à l’interface de l’eau est remise en suspension et génère de l’H 2S. L’importance des dépôts est fonction des concentrations et de la nature des matières en suspension de l’eau brute pompée dans la bâche.
D’après la charte qualité pour les réseaux d’assainissement Aisne-Ardennes-Oise, la vitesseinstantanée doit être supérieure à 0,80 m/s. Si l’autocurage n’est pas respecté, le dépôtcontaminera le biofilm.
Le potentiel d’oxydoréduction (Rédox)
Il caractérise l’état de fraîcheur de l’effluent. Cette mesure reflète l’état global du milieu, qu’il soit réducteur ou oxydant. Les eaux usées domestiques ont habituellement un potentiel d’oxydoréduction de l’ordre de 50 à 100 mV. La prolifération des bactéries génératrices d’H 2 S est d’autant plus grande que les valeurs de redox sont négatives. Un milieu favorable aux bactéries sulfato-réductrices aura un potentiel rédox inférieur à -150 mV [5].
Il est important de noter également que le potentiel d’oxydoréduction chutera d’autant plus vite que la température est élevée et la DBO5 importante. De plus, il chute de façon considérable après chaque poste en cascade.
La surface des dépôts
Elle influence directement la formation de sulfures. Lors de la présence de dépôts assez importants, l’effluent n’est plus en contact avec l’air, pouvant ainsi se retrouver en condition anaérobie. La présence de dépôts favorise le développement du biofilm le long des parois de la canalisation.
La lutte contre l’hydrogène sulfuré
Des préconisations ou traitements peuvent être mis en place pour réduire la concentration en H 2S dans les réseaux d’assainissement. On distingue les dispositions constructives et les actions préventives de celles strictement curatives. Chaque action a ses avantages et ses inconvénients.Il faut donc choisir la mieux adaptée en fonction du réseau et des conditions à respecter.
Les recommandations sur la conception des ouvrages
Des dispositions constructives appropriées existent afin de limiter la formation d’hydrogène sulfuré. Celles-ci peuvent s’appliquer à plusieurs niveaux du système d’assainissement.
Sur les réseaux sous pression
– La conduite et le poste de refoulement doivent être dimensionnés afin de réduire le temps de séjour moyen des effluents qui ne doit pas dépasser deux heures (facteur aggravant : postes en cascade).
– La vitesse instantanée des effluents dans la canalisation doit être supérieure 1 m/s pour remettre immédiatement en suspension les dépôts formés entre deux pompages.
– Éviter les postes en cascade.
– Optimiser la section du refoulement en s’assurant que le diamètre est suffisant mais pas trop important.
– Prévoir à l’aval du refoulement des canalisations et des regards (regards revêtus) qui résistent à l’acide sulfurique comme : PVC, fonte résistant à pH = 1, canalisation en béton sulfaté, PRV, grès.
– Prévoir un dispositif provisoire de traitement d’H2S pour les nouveaux postes de refoulement peu alimentés (réseau neuf avec faible taux de raccordement).
– Évaluer le niveau de risques et définir les “points noirs” (risque important de formation d’hydrogène sulfuré) pour décider de faire une installation provisoire ou permanente de traitement.
– Éviter le dégazage des sulfures en sortie de refoulement en cas de chute d’eau(accompagner la chute par un tube plongeur ou un aménagement de la cunette)
Les actions sur l’effluent
Ce sont des traitements chimiques ou biologiques qui consistent à éliminer l’H2S dans les réseaux. Ces traitements se font en action sur l’effluent par réaction entre le produit et l’effluent.
Les traitements préventifs
L’air compressé
La présence d’oxygène inhibe le développement des bactéries sulfato-réductrices et donc la formation des composés soufrés odorants. Il s’agit d’une action préventive puisque l’air injecté ne permet pas une oxydation en sulfates dessulfures déjà présents dans l’effluent. Si celui-ci est déjà septique à l’arrivée dans le poste de refoulement, l’air compressé pourra même augmenter la part strippable (rejet d’H2S dans l’atmosphère) et donc la concentrationen H2 S dans l’air. Le principe est d’injecter périodiquement un certain volume d’air dans lacanalisation de refoulement. Le volume injecté dépend du diamètre de la conduite mais ne s’applique qu’à de petits diamètres et des longueurs inférieures à 1 km. S’il y a des points hauts, des poches d’air peuvent se former. Par conséquent il faut veiller à ce que le profil de la conduite soit strictement ascendant.
Le nitrate de calcium
L’objectif est de maintenir l’effluent en anoxie (pas d’oxygène libre, mais l’oxygène est fixé sur les nitrates), et donc d’empêcher les bactériessulfato-réductrices, anaérobies strictes, de produire des sulfures.
Le principal fournisseur annonce que ce traitement favorise une action curative (toujours par une voie biologique). Les Thiobacillus (bactéries dénitrifiantes) transforment alors les sulfures dissous en sulfates. La température représente un facteur essentiel dans la cinétique (vitesse) de cette réaction.
À noter que la quantité de DCO facilement assimilable consommée lors de l’injection de sels de nitrate peut avoir un impact sur le fonctionnement de la station d’épuration.
Les Dispositifs de détection de l’hydrogènesulfuré dans l’air
Pour assurer la sécurité du personnel travaillant dans les réseaux d’assainissement, l’utilisation d’un dispositif de détection de l’H2S dans l’air est indispensable.
Le plus utilisé est un appareil multifonctions automatique portatif. Il peut associer au danger de présence d’H 2S, un risque d’explosion et un manque d’oxygène pardes signaux sonores et lumineux rouges lorsqu’un des seuils d’alarme est atteint. Les appareils récents permettent de détecter en continu jusqu’à 5 gaz en même temps. En fonctionnement normal, ces appareils sont portés par l’utilisateur mais ils peuvent être utilisés accrochés à une corde pour tester l’atmosphère d’un égout à l’ouverture d’un tampon.
L’avantage de ce type d’appareil est le fonctionnement en continu qui permet un travail le long d’un réseau visitable sans devoir refaire des mesures périodiques. Il existe des appareils avec ou sans affichage des valeurs. Les exploitants préfèrent les appareils sans indication des valeurs pour éviter tout risque d’interprétation. Néanmoins, les valeurs peuvent être lues a posteriori sur un ordinateur grâce à une boite noire. Pour les égoutiers, seule l’alarme visuelle et sonore leur est utile.
LE DIAGNOSTIC DU RÉSEAU
D’ASSAINISSEMENT DU SYNDICAT
Le réseau d’assainissement du syndicat de Thourotteet Longueil-Annel est atypique dans sa structure. En effet, bien que le nombre d’abonnés ne soit pas très élevé, 3 350 abonnés, c’est une véritable vitrine des différents réseaux et installations possibles.
Même si une grande majorité du réseau est en gravitaire, les postes de refoulement et de relèvement sont indispensables. Sur le syndicat, ily a 18 postes de refoulement et 1 poste de relèvement. Ce qui est relativement élevé vu la taille du syndicat.
Mais en plus de ce système, un réseau sous vide, installation relativement rare, est aussi présent. Ce type d’installation n’est pas courant. Ici c’est la présence de l’Oise qui a favorisé la mise en place de ce système. L’Oise et son canallatéral (Cf. annexe 3), ont aussi entrainé la mise en place de poste de crue afin d’éviter lesinondations.
Un réseau d’assainissement atypique
Les différents réseaux présents
Le réseau gravitaire
Lors de la création de son réseau d’assainissement,le Syndicat, comme la quasi-totalité des communes de l’époque, a mis en place un réseau de tout à l’égout. Puis au fur et à mesure de l’extension des communes de Thourotte et Longueil-Annel, le réseau d’assainissement s’est lui aussi agrandi. Et pendant ce temps, les mentalités et les façons de faire ont évoluéce qui a amené le Syndicat à se tourner vers un réseau de type séparatif.
Sur le Syndicat, les réseaux d’assainissement sont mixtes (Cf. annexe 3) :
– Majoritairement unitaires sur la commune de Thourotte, avec des secteurs plus récents en séparatifs ;
– Entièrement en séparatifs sur la commune de Longueuil-Annel.
Le réseau unitaire
C’est un réseau évacuant dans les mêmes canalisations les eaux usées domestiques et les eaux pluviales. Le réseau unitaire cumule les avantages de l’économie (un seul réseau à construire et à gérer) et de la simplicité (toute erreur de branchement est exclue, par définition ), mais nécessite de tenir compte des brutales variations de débit des eauxpluviales dans la conception et le dimensionnement des collecteurs et des ouvrages de traitement.
Les réseaux de type unitaire représentent bien souvent un facteur aggravant dans la formation de l’hydrogène sulfuré. Car un réseau unitaire évacue « dans les mêmes canalisations les eaux usées domestiques et les eaux pluviales » [8]. Ils sont dimensionnéspour ces conditions, et lors du dimensionnement, le volume d’eau usée stricte est biensouvent négligeable.
Dans ces conditions, lorsqu’il ne pleut pas, le réseau se trouve dans une situation de surdimensionnement. Ce qui favorise les eaux stagnantes, augmente les dépôts dans les canalisations et augmente la septicité de l’effluent.
Le plus gros problème, dans un réseau unitaire, est généralement situé au niveau des postes de refoulement. Ils sont dimensionnés pour pouvoir évacuer un certain volume d’eau(eaux usées et eaux pluviales), bien qu’ils soient souvent équipés d’un déversoir d’orage (Cf. 1.3.1 de la partie II).
Les postes de crue
Même s’ils n’interviennent pas dans la problématique de l’H 2S, le Sivom est équipé de trois postes de crues (Cf. annexe 3). Lors des crues importantes du milieu naturel, les rejets gravitaires à l’exutoire des réseaux ou des évacuateurs des déversoirs sont susceptibles d’être perturbés par une remontée de la ligne piézométrique d’écoulement. Ce phénomène peut s’accompagner de courants inverses s’opposant à l’écoulement normal du réseau vers le milieu naturel.
Dans ces conditions, il est nécessaire de mettre en place un dispositif qui permet d’évacuer le débit de temps de pluie. Ces postes doivent être installés au plus près du milieu naturel. Le Sivom en compte trois répartis le long de l’Oise.
Les autres équipements
Les déversoirs d’orage
C’est un ouvrage permettant le rejet direct d’une partie des effluents au milieu naturel, lorsque le débit amont dépasse une certaine valeur. Les déversoirs d’orage sont généralement installés sur les réseaux unitaires, dans le but de limiter les apports au réseau aval, et en particulier les stations d’épuration, en cas de pluie. [35]
Plusieurs sont installés sur le Syndicat, le plus souvent ils sont situés en amont des postes de refoulement étant donné que le réseau est en majeur partie unitaire. Cependant, aucund’entre eux n’est instrumenté.
Les dessableurs / dégraisseurs
C’est un ouvrage qui permet, par décantation, de retirer les sables mélangés dans les eaux pluviales lors du ruissellement. Ce matériau, s’il n’était pas enlevé, se déposerait plus loin, gênant l’écoulement dans le réseau, le bon fonctionnement des postes de refoulement ainsi que le fonctionnement de la station. Le sable engendre une usure plus rapide des éléments mécaniques comme les pompes.
Sur le même principe que les des sableurs, le but d’un dégraisseur est d’enlever les graisses présentes dans les eaux usées.
Ce type d’installation est présent sur le réseau d’assainissement.
Les Contraintes
Un réseau en domaine privé
Les travaux du réseau d’assainissement du SIVOM de Thourotte et Longueil-Annel ont été réalisés il y plusieurs décennies et des réseaux oudes ouvrages se trouvent désormais en milieu privé voire dans des endroits qui posent des soucis de sécurité.
L’entreprise Saint Gobain a construit autour de sonusine des logements pour son personnel.
Étant propriétaire des terrains, le tracé des réseaux d’assainissements a été vu au plus simple. De plus ces réseaux étaient réalisés en unitaire à l’époque. Par la suite les réseaux ont été rétrocédés à la commune, ce qui peut poser des problèmes à l’heure actuelle lorsqu’il faut intervenir sur un réseau « public » se situant en domaine « privé », voire même sous les habitations.
Le poste du Martelois, réalisé en 1977, était dans la cour d’une école maternelle. Il n’était pas accessible par des engins de chantier : le seul passage était celui par la cour de l’école qui est un passage étroit.
A l’occasion des travaux de cette école en 1979, le poste a été surélevé avec des éléments béton ce qui a amené sa profondeur à 8,20 m. Sa situation (au sein d’une école maternelle) et sa profondeur ont fait que tous les réseaux dans ce secteur ont dû être revus.
Le poste de refoulement du Martelois refoulait les eaux usées de tout le Martelois et le groupe scolaire, vers le regard de visite situé sur la rue Alexandre Dumas. Suite aux problèmes de mouvements de terrain et de dégradations (surement dû à l’H2S), ce poste aété condamné et deux autres postes ont été créés, le poste Source et Picardie afind’évacuer les eaux usées de ce secteur. (Cf. annexe3 et 4)
Un réseau ancien
Le réseau d’assainissement de Thourotte et Longueil-Annel est un réseau ancien, dont la quasi-totalité du réseau est en amiante ciment, aussi bien les réseaux gravitaires que les réseaux sous pression.
Qu’est-ce que l’amiante ciment ?
L’amiante-ciment ou ciment-amiante ou encore fibrociment est un matériau constitué d’un complexe de fibres d’amiante dispersées dans un liant hydraulique qui est du ciment. Il a servi à produire des plaques, dalles, murs anti-bruit, tôles-ondulées de couverture, tuiles, tuyaux servant au drainage pluvial ou d’aqueduc, tuyaux d’évacuation de conduits de cheminées, évents, etc. Les deux principaux producteurs français étaient le groupe Eternit et Saint-Gobain.
La fabrication et la vente de matériaux contenant de l’amiante sont interdites depuis le 1er janvier 1997.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES
LISTE DES SIGLES ET SYMBOLES
LISTE DES ABRÉVIATIONS
INTRODUCTION
L’HYDROGÈNE SULFURÉ AU CŒUR DU SYNDICAT
PARTIE I
1 LE CONTEXTE DE L’ÉTUDE
1.1 L’HISTORIQUE DES DÉTÉRIORATIONS SUR LE SYNDICAT.
1.2 LES OBJECTIFS DE L’ÉTUDE
1.3 LES INTERVENANTS
1.3.1 Beimo : un bureau d’études à taille humaine
1.3.2 Le syndicat de Thourotte et Longueil-Annel
1.3.3 L’exploitant
1.4 LA CHARTE QUALITÉ AISNE-ARDENNES-OISE
2 L’H2S UN GAZ PRÉSENT DANS LE RÉSEAU D’ASSAINISSEMENT
2.1 L’ORIGINE ET L’ÉVOLUTION DES DIFFÉRENTES FORMES DU SOUFRE
2.2 LES MÉCANISMES DE FORMATION DE L’H2S
2.2.1 Les bactéries : le moteur de cette formation
2.2.2 L’influence du biofilm dans la formation de l’H 2S
2.2.3 Les paramètres influençant la production de l’H 2S
2.3 LES NUISANCES SUR LE SYSTÈME D’ASSAINISSEMENT
2.3.1 Les effets sur le réseau
2.3.2 Les effets sur les stations d’épuration
2.4 LES MODÈLES DE PRÉVISIONS.
2.4.1 Les prévisions qualitatives de production en sulfures
2.4.2 La cinétique de production de l’H 2S
2.5 LA LUTTE CONTRE L’HYDROGÈNE SULFURÉ
2.5.1 Les recommandations sur la conception des ouvrages
2.5.2 Les dispositions pour les actions sur le réseau
2.5.3 Les actions sur l’effluent
2.6 LE CADRE RÉGLEMENTAIRE ET LES PRÉCONISATIONS POUR LEPERSONNEL
2.6.1 La réglementation
2.6.2 La sécurité lors des interventions
LE DIAGNOSTIC DU RÉSEAU D’ASSAINISSEMENT DU SYNDICAT
PARTIE II
1 UN RÉSEAU D’ASSAINISSEMENT ATYPIQUE
1.1 LES DIFFÉRENTS RÉSEAUX PRÉSENTS
1.1.1 Le réseau gravitaire
1.1.2 Les autres réseaux
1.2 LES OUVRAGES
1.2.1 Les postes de refoulements
1.2.2 Le poste de relèvement
1.2.3 Les postes de crue
1.3 LES AUTRES ÉQUIPEMENTS
1.3.1 Les déversoirs d’orage
1.3.2 Les dessableurs / dégraisseurs
1.4 LES CONTRAINTES
1.4.1 Un réseau en domaine privé
1.4.2 Un réseau ancien
1.4.3 Les difficultés rencontrées
2 UNE MÉTHODOLOGIE
2.1 LES DÉSORDRES CONSTATÉS
2.2 LES MODÈLES DE PRÉVISIONS EMPIRIQUES
2.2.1 La formule de Boon et Lister
2.2.2 La formule de Pomeroy
2.2.3 Les limites du modèle
2.2.4 L’interprétation de ces résultats
2.3 LES MESURES IN SITU
2.3.1 Les mesures sur l’air
2.3.2 Les mesures sur l’effluent
LA MISE EN PLACE D’ACTIONS EN VUE DE LIMITER L’HS SUR LE SYNDICAT
PARTIE III
1 LES INTERPRÉTATIONS DÉDUITES DES ANALYSES RÉALISÉES.
1.1 LES POSTES DE REFOULEMENT À RISQUES
1.2 SYNTHÈSE
1.2.1 Sur les postes de refoulement
1.2.2 Sur les autres éléments du réseau
2 LES ACTIONS À METTRE EN PLACE AUX VUES DES INTERPRÉTATIONS
2.1 AU NIVEAU DES POSTES DE REFOULEMENT
2.1.1 Le poste Rocade
2.1.2 Lorilleux et Tennis
2.1.3 Caumont et Gros Grelot
2.1.4 Mutuelle St Gobain
2.1.5 Longueil
2.2 LES TRACÉS DES RÉSEAUX GRAVITAIRES
3 LES ORIENTATIONS À DONNER
3.1 LES MESURES COMPLÉMENTAIRES
3.1.1 Sur le réseau d’assainissement
3.1.2 Sur les postes de refoulement
3.2 L’ANALYSE DE DONNÉES
3.2.1 Sur les postes
3.2.2 Le temps de pluie
3.3 LA STATION D’ÉPURATION
3.4 LE CHOIX DU MAITRE D’OUVRAGE
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
TABLE DES ANNEXES
