Les petites installations d'assainissement préfabriquées/et ou assemblées sur site (jusqu'à 50 EH) sont soumises à l'obligation de marquage CE pour pouvoir circuler dans la communauté européenne. Les performances épuratoires des produits de traitement sont déterminées au cours d'un test en plateforme, opéré par les laboratoires notifiés européens. La norme EN 12566 partie 3+A1 décrit la procédure de test qui conduit à l'apposition de la marque CE par le fabricant (déclaration du rendement moyen obtenu sur les charges nominales). Le présent article s'attache à décrypter dans le détail les sollicitations que les protocoles imposent aux produits durant les tests afin d'en identifier les limites par rapport à la connaissance des performances épuratoires des produits testés. L?objectif est d'apporter une contribution à la réflexion qui doit être menée sur l'évolution du test de marquage CE pour le rendre plus adapté à reproduire des évènements de la vraie vie, et d'ainsi mieux connaitre les limites des produits d'assainissement testés et marqués CE.
La Directive Produits de Construction a pour conséquence de réglementer la mise sur le marché des produits, par l’apposition du marquage CE et du respect des spécifications techniques correspondantes.
Les objectifs d’un protocole de test
Un mandat adressé par la Commission aux instances de normalisation (norme harmonisée).
Mots clés : Protocole de test des petites installations d’assainissement. Protocole de marquage CE. Protocole en conditions sollicitantes®. Protocole AFSSET. Laboratoires notifiés.
nisée) ou l'EOTA¹ (agréments techniques européens) les charges d’élaborer les spécifications qui concernent les caractéristiques de ces produits qui ont une influence sur le respect des exigences essentielles des ouvrages et qui sont visés directement ou non par les réglementations nationales.
La conformité des produits à la partie harmonisée des normes (ou à un agrément technique européen) sera manifestée par l’apposition du marquage CE. Ce marquage constitue la condition sine qua non pour cette mise sur le marché du produit concerné.
L'apposition du marquage CE est toujours effectuée par le fabricant ou l’importateur dans la communauté et s’accompagne, selon les cas, d’une déclaration de conformité ou d’un certificat du produit aux obligations résultant de la Directive. Cette apposition obéit à une procédure d’attestation de conformité déterminée.
Les caractéristiques qui font partie du mandat doivent être mesurées selon des méthodes d’essais harmonisées au niveau européen représentatives des performances que le produit atteindra, dans le cadre d’une utilisation « normale ».
Ces méthodes d’essais prévoient donc un cadre conventionnel d’essais, représentatif des « conditions de l’usage final », selon l’expression utilisée dans de nombreux mandats.
Pour les installations de traitement des eaux usées ≥ 50 EH, le mandat M118 fixe les caractéristiques de ces produits (efficacité épuratoire, étanchéité, comportement structurel, réaction au feu) et le niveau d’attestation du marquage CE (de niveau 3, le fabricant fait réaliser des essais de type initiaux par des laboratoires notifiés² et effectue la déclaration du marquage CE sous sa propre responsabilité).
La norme EN 12566-3+A1 fixe les modalités opératoires pour réaliser les différents essais de type initiaux.
Le protocole de l’annexe B de la dite norme prévoit un enchaînement de séquences d’alimentation des filières. Les séquences sont censées reproduire la réalité des rejets d’eaux usées en sortie d’une maison ou tout autre immeuble générant une pollution allant jusqu’à 3 kg de DBO₅ (50 EH).
Les fabricants déclarent la capacité nominale de leur dispositif, qui sert de référence pour ajuster les séquences d’alimentation. Tout dispositif est dimensionné sur une capacité nominale, qui correspond à la charge polluante qu’il peut recevoir et traiter 100 % du temps.
Il ne faut pas confondre capacité nominale et capacité maximale, c’est-à-dire la possibilité pour un dispositif d’accepter des charges supplémentaires au-delà de son nominal, pendant des périodes dont la durée va dépendre de sa robustesse. La capacité nominale étant le 100 %, une surcharge pourrait être 150 % par rapport à ce nominal, mais aussi 200 % et pourquoi pas 300 % selon les sollicitations liées aux modes de vie des utilisateurs.
De quelle charge parle-t-on ?
Traiter les eaux usées, c’est réduire à un niveau acceptable, fixé par une autorité compétente qui peut être européenne, nationale ou locale, la pollution générée par les habitants d'une ou plusieurs habitations. La pollution se caractérise par différents paramètres dont les essentiels sont : matière organique (DBO₅, DCO), azote, phosphore, germes pathogènes. La pollution est transportée par de l’eau mais la charge hydraulique, si elle doit être prise en compte, n’est pas le premier paramètre visé. En clair, on ne doit pas juger les performances d'un dispositif sur sa capacité à transiter de l’hydraulique, mais bien à dégrader de la pollution. Le paramètre carbone est le premier dont on vise l’élimination à un niveau donné, des objectifs sur les autres paramètres (azote, phosphore, désinfection, …) n’étant exigés que pour des milieux sensibles.
Pour que le protocole de test permette de vérifier les performances épuratoires des filières, celles-ci doivent être alimentées à leurs capacités nominales organique et hydraulique. Les modes d’alimentation doivent être représentatifs des rejets domestiques en situation réelle.
Il est par ailleurs nécessaire d’harmoniser les protocoles pour que les filières soient testées de la même façon partout. Cette motivation a donné lieu en Europe à la norme européenne EN 12566 partie 3+A1. Cependant d’autres protocoles de tests de produits de traitement des eaux usées existent, notamment en Amérique du Nord.
Le protocole de test de la norme EN 12566-3+A1 est mis en œuvre sur des plateformes de test sous la responsabilité de laboratoires notifiés³.
Le test en plateforme est le seul moyen d'avoir une maîtrise des volumes injectés sur les filières. Les plateformes sont alimentées, pour la majorité d’entre elles, par des réseaux d’assainissement urbains. Une vraie difficulté en résulte, notamment sur le plan de la concentration de la pollution qui est souvent insuffisante vis-à-vis de la pollution réelle rejetée par une habitation. De ce fait, les filières sont testées à une capacité hydraulique maîtrisée, mais à une capacité organique très souvent bien inférieure à ce qu’elle devrait être pour prendre en compte la vraie vie future du produit. En effet, il semble que les concentrations rencontrées en sortie de maisons individuelles soient supérieures à celles appliquées dans le test du marquage CE. De plus, statistiquement, le débit moyen journalier réel est en deçà de celui injecté lors de la phase de test (de 25 à 60 % plus faible en première approximation).
Le présent article s’attache à comparer les caractéristiques de deux protocoles de test, celui de la norme EN 12566 partie 3+A1, que l’on appellera le Protocole CE (PCE) et celui élaboré en 2006 par Veolia Eau pour ses essais comparatifs de performances des filières, qui se nomme Protocole en conditions sollicitantes⁴ (PCS⁴) et qui est une marque déposée⁴. Ce protocole a été mis en œuvre par le CSTB dans le cadre de l'étude des huit filières.
Le protocole dit « AFSSET », mis en place en 2008 pour agréer des produits au sens de la réglementation française, sera également évoqué.
Reproduire les contraintes de la vie courante
Nos habitudes de vie ont une forte influence sur nos rejets. Les rejets de nos activités domestiques ne sont pas constants dans le temps. Non seulement l’eau n’est pas utilisée en permanence dans la maison, ce qui
¹ European Organisation for Technical Approvals : il regroupe les organismes habilités par les États membres à instruire et délivrer les Agréments Techniques Européens (ATE). Le CSTB est l’organisme français membre de cette structure.
² Les laboratoires habilités à faire subir les tests de marquage CE à des dispositifs (produits) de traitement, doivent être notifiés par les pays européens. Il existe aujourd'hui une vingtaine de laboratoires notifiés en Europe, dont deux en France (CERIB, CSTB).
³ Les laboratoires habilités à faire subir les tests de marquage CE à des dispositifs (produits) de traitement, doivent être notifiés par les pays européens. Il existe aujourd’hui une trentaine de laboratoires notifiés en Europe, dont deux en France (CERIB, CSTB).
⁴ Le dépôt de la marque PCS⁴ a été motivé par la demande de plusieurs industriels de faire subir à leurs dispositifs de traitement ce protocole, pour en figer le contenu et ne pas avoir de fausses références à ce protocole.
revient à dire que nos rejets sont répartis sur quelques heures par période de 24 h, mais selon que nous avons une activité professionnelle ou non, nous ne sommes pas présents à temps plein, et une partie de la pollution que nous générons naturellement ne sera pas rejetée dans la maison mais, par exemple, sur notre lieu de travail.
Dans une maison individuelle, les pointes de pollution, et surtout les pointes hydrauliques parvenant au dispositif de traitement, sont très fortes comparées à celles qui parviennent aux dispositifs de traitement collectifs en aval d'un réseau urbain dans lequel les pointes extrêmes sont lissées. Les modes d’alimentations définis dans les protocoles de tests sont conçus sur 2 notions :
- • Celle de la répartition de l'effluent sur une période globale de 24 h : c’est le profil journalier d’alimentation, lié à la fréquence d’occupation dans la période (les occupants sont présents-absents, ils concentrent leurs rejets sur quelques heures).
- * Celle de la variation du nombre d’habitants présents, en relation avec la capacité nominale déclarée du fabricant. Il s’agit de la variation de la quantité de pollution rejetée en termes de charge hydraulique et de charge organique.
Répartition de l'effluent sur 24 hprofil journalier
Le profil journalier d’alimentation du PCS® est calqué sur celui du PCE. Il faut noter que c’est aussi le cas du protocole « AFSSET » (PA) qui est repris dans l’arrêté prescriptions techniques ANC du 7 septembre 2009.
Ce profil est constitué de 4 périodes qui posent l’hypothèse que les rejets domestiques se concentrent sur ces intervalles de temps. Le lever, avec sa consommation d'eau (douches, toilettes), correspond à 30 % du volume journalier réparti sur 3 heures. À cette période fait suite une consommation réduite à 15 % du volume journalier sur 3 heures et qui suppose qu'il subsiste une activité dans la maison (femme au foyer par exemple). Absence de flux pendant 6 heures puis reprise de l’activité domestique avec 40 % du volume journalier sur 2 heures et enfin le solde du volume journalier (15 %) sur 3 heures avant l’arrêt pour la nuit (7 h).
Pour chaque plage horaire, le volume d’alimentation est fractionné en bâchées homogènes qui sont distribuées de façon régulière.
Une surcharge hydraulique, simulant la vidange d'une baignoire, complète le profil sur la pointe d’alimentation correspondant à 40 % du volume journalier, ce sujet sera évoqué au loin.
Il est intéressant de comparer le profil du PCE avec d'autres protocoles : NSF (USA), BNQ (Québec version 2009) dont les profils sont reproduits à la figure 1.
On constate que le protocole NSF (USA) ne considère que 3 périodes de 3 heures pour une alimentation qui s’étale en tout sur 14 h avec deux périodes d’arrêt. Très récemment, le protocole québécois a évolué vers un profil qui ne considère plus que deux périodes de rejets de 3 heures qui correspondent à l’activité du lever (douches, toilettes) et les activités domestiques du soir (toilettes, douches/bains, cuisine et linge). Ces uniques périodes veulent rendre compte de l’évolution des modes de vie où personne n’est dans la maison dans la journée lorsque les deux parents travaillent et que les enfants sont à l’école.
On constate avec ces différents profils que des dispositifs de traitement peuvent être testés avec des débits horaires assez différents. Malgré tout, le débit de pointe à 40 % du volume journalier fait l’unanimité.
Surcharge hydraulique « effet baignoire »
Les deux protocoles PCS® et PCE diffèrent sur l'application d’une surcharge hydraulique de pointe correspondant à la vidange d'une baignoire d'un volume de 200 litres en trois minutes sur la période journalière d’alimentation de pointe de 40 %.
Le protocole CE ne prévoit qu’une simulation de baignoire par semaine. Ce rejet a lieu dans la période de déversement des 40 % de volume journalier, et uniquement lorsque l'alimentation journalière est au nominal hydraulique. Cette surcharge hydraulique particulière est effectuée avec de l'eau brute. Le protocole du marquage CE prévoit un nombre croissant d’effets baignoire selon la taille de l’installation testée. Ainsi par exemple, un dispositif dont la capacité nominale hydraulique est supérieure à 600 L/j doit subir 2 effets baignoires consécutifs le même jour, sur la pointe d’alimentation de 40 %, alors qu'un dispositif dont le nominal hydraulique est inférieur à 600 L/j n’en aura qu'un seul (voir tableau B.4 de la norme NF EN 12566-3+A1).
De son côté, le PCS® cherche à imposer une surcharge hydraulique réelle et récurrente sur la semaine, partant du principe que la présence d’enfants dans un ménage peut donner lieu à des bains répétés. Cette surcharge hydraulique est toutefois effectuée avec de l’eau propre, considérant que l'effet recherché est purement hydraulique, que les conditions d’alimentation sont par ailleurs censées être suffisantes sur le plan organique, et qu'il n’est donc pas souhaitable d’ajouter une charge polluante journalière qui correspondrait à la pollution d'un peu plus d’un habitant (base de 150 L/j appliquée pour un habitant). Le PCS® prévoit donc 5 vidanges de baignoire par semaine, soit une par jour pendant 5 jours consécutifs. Le déversement a lieu, comme pour le PCE, sur la période des 40 % de volume journalier. À la différence du PCE, l’effet baignoire est maintenu durant les périodes de surcharge et de sous-charge, mais il n’est ni doublé (une seule baignoire alors que l’alimentation est 200 % du nominal), ni diminué (toujours une baignoire pour une alimentation à 50 % du nominal).
Pour rendre compte de la pointe hydraulique que représente cet effet baignoire et des différences entre les deux protocoles, les figures 2 et 3 suivantes font apparaître les volumes horaires sommés pour
Chacune des 4 périodes journalières, et en jaune, sont identifiées les pointes hydrauliques des baignoires, sur deux périodes hebdomadaires.
On constate en regardant ces deux figures que pour une période de 15 jours avec une semaine au nominal et une semaine en surcharge, les protocoles CE et AFSSET ne proposent qu’un seul effet baignoire, alors que dans la même période le PCS® en réalise 10. La sollicitation hydraulique des dispositifs avec le PCS® est plus forte, notamment lorsque l'alimentation à 200 % du nominal avec l’effet baignoire est appliquée. Cette sollicitation s'approche plus de la réalité des pointes extrêmes de débit qui existent dans les situations domestiques individuelles.
Les eaux brutes se retrouvent plus ou moins diluées, soit avec des eaux météoritiques (réseau sensible aux épisodes pluvieux), soit avec des eaux claires parasites (réseau non étanche collectant des eaux de source ou de nappe). La concentration des eaux brutes peut être alors fluctuante.
Dans le cas d'une maison individuelle, il n’est pas question de dilution du rejet par les eaux de pluie ou de nappe.
Ou le nombre de fractions distribuées dans l'heure.
En revanche, les charges organiques dépendent de la qualité des eaux brutes utilisées, qui sont rarement concentrées comme il serait souhaitable. Comme il est rappelé en introduction, la majorité des laboratoires notifiés sont alimentés en eau brute par un réseau urbain, censé être à dominante domestique. Aucun réseau collectif n’étant strictement séparatif, les eaux brutes se retrouvent plus ou moins diluées.
En conséquence, lorsqu’on parle de sous-charges et de surcharges, on doit bien comprendre que sur le plan hydraulique les pourcentages appliqués par rapport au nominal sont réels, ce qui n’est pas le cas des pourcentages de charge organique appliquée par rapport au nominal.
Le tableau suivant résume, pour l’application de l’effet baignoire, les différences entre les protocoles.
Baignoires – PCE et PA - Nombre par semaine : 1 - Nature de l’eau : Eau brute - Séquence d’application : Uniquement sur le 100 % - Adaptation du nombre de baignoires à la capacité de traitement : Non — une seule baignoire (ne sont visées que les 750–1050 L/j) Baignoires – PCS® - Nombre par semaine : 5 - Nature de l’eau : Eau claire - Séquence d’application : Sur toutes les séquences - Adaptation du nombre de baignoires à la capacité de traitement : Oui — une baignoire pour 600 L/j, 2 jusqu’à 1200 L/j, etc.
Variation du nombre d’occupants dans la maison
Tous les protocoles de tests prévoient des séquences d’alimentation qui imposent des variations de charge sur le dispositif d’assainissement. Ces variations sont soit des surcharges, on simule alors des occupations au-delà de la capacité nominale de l'installation, soit des sous-charges, avec des occupations à moitié de la capacité nominale. Des périodes d’arrêt total d’alimentation simulent les phases de vacances où personne n’occupe la maison.
De la difficulté de maîtriser la charge organique de test
Les charges hydrauliques injectées dans les filières sont parfaitement maîtrisées. Il suffit en effet d’adapter le débit d’une pompe ou le nombre de fractions distribuées dans l'heure. En revanche, les charges organiques dépendent de la qualité des eaux brutes utilisées, qui sont rarement concentrées comme il serait souhaitable.
Comparaison des séquences appliquées lors du déroulement des protocoles PCE, PCS® et AFSSET
Les deux protocoles PCE et PCS® ne sont pas équivalents sur le plan des simulations de variations de charge ; les figures 4 et 5 suivantes montrent les points qui diffèrent, avec en ordonnée les pourcentages de charge appliquée par rapport au nominal qui est la référence à 100 %, et en abscisse les semaines de test.
Protocole EN 12566-3
Le déroulement temporel du test est exprimé en semaines.
Cette comparaison visuelle est éloquente et permet de bien comprendre que le protocole CE (figure 5) n'impose en réalité que 2 jours de surcharge sur la totalité de la durée des essais, soit 40 semaines (pointe matérialisée dans le cercle). Il faut par ailleurs souligner que cette surcharge ne dépasse pas 150 % du nominal déclaré de l'installation. Tout se passe comme si, dans la maison considérée, la chambre d’amis n'était occupée que 2 jours dans l'année.
Le PCS® quant à lui simule des surcharges fortes dont la durée et l’intensité sont parfaitement crédibles (figure 4). Surcharge de 200 % du nominal durant 3 semaines, ce qui correspond à une occupation double de la maison durant des vacances. Surcharges de fin de semaine où la maison peut également être occupée au double de son usage permanent. Deux séquences de ce type de stress de fin de semaine sont appliquées, durant 3 semaines consécutives, puis 2 semaines consécutives.
Le protocole élaboré par l'AFSSET dans le cadre de la mise en place d'une évaluation des dispositifs en vue de leur délivrer un agrément français (arrêté du 7/9/09) augmente légèrement le nombre d’échantillons destinés aux analyses que le PCE prévoit, mais surtout il envisage de compléter de deux séquences supplémentaires le protocole CE qui reste le protocole de référence à 10 séquences (figure 6). Une séquence 11 d’alimentation à 200 % du nominal pendant 4 semaines rend cette fois compte d’une contrainte de surcharge sur une longue période. La simulation d’une occupation de la maison uniquement en fin de semaine (soit pas d’alimentation pendant 5 jours et alimentation à 100 % du nominal pendant les 2 jours de week-end) doit apporter des informations sur la capacité du dispositif à assurer des performances dès l'apport de pollution à l'issue de périodes courtes d’arrêt d’alimentation et complète le protocole AFSSET (séquence 12). Ce protocole AFSSET se rapproche donc des sollicitations recherchées dans le PCS®.
En résumé pour les trois protocoles, les surcharges appliquées sont les suivantes :
- PCE® : 2 jours à 150 %
- PA® : 2 jours à 150 % et 28 jours à 200 %
- PCS® : 36 jours à 200 %
Importance du jour d’échantillonnage
Pour rendre compte des performances épuratoires au cours de ces stress, il est impératif de procéder à des échantillonnages rapprochés, pendant et juste après l'application des contraintes. En multipliant les analyses, on peut évaluer l'aptitude d'un dispositif à maintenir ses performances, et pendant de combien de temps il est capable d’accepter une surcharge. Il est également très intéressant d’observer comment le stress a dégradé les performances épuratoires et combien de temps après le stress elles mettent à se rétablir.
On constate que les analyses réalisées au cours du protocole CE ne peuvent pas donner ces informations car les échantillonnages ne rendent compte que d’alimentations à 100 % ou 50 % du nominal, même lorsque les 2 jours de surcharge sont appliqués. En effet, la norme EN 12566-3+A1 prévoit que les échantillonnages ne soient pas effectués les jours de contraintes.
Charges organiques et charges hydrauliques reçues sur la totalité des séquences de test
Ce qui précède montre que les sollicitations aux surcharges sont bien plus fortes dans le PCS® que dans le PCE. Afin de pousser l’analyse plus avant, il est également intéressant de faire les calculs de charge sur un exemple, et d'ainsi comparer les charges organiques et hydrauliques moyennes que des dispositifs testés selon ces protocoles vont réellement recevoir à l'issue des semaines de test.
Partant de l'hypothèse que les plateformes de test sont alimentées avec une eau de concentration parfaite pour l’objectif d’obtenir 300 g O₂/j en moyenne pour la charge organique de l’alimentation nominale d'un dispositif déclaré pour 5 EH (DBO₅ = 400 mg O₂/L, et 150 L/j par habitant) ;
Considérant que les baignoires sont effectuées en eau claire pour le PCS®, ce qui n’augmente pas la charge organique les jours des effets baignoire pour ce protocole ;
Considérant que les baignoires sont effectuées en eau usée pour les PCE et PA ce qui augmente sensiblement la charge organique le jour où le déversement consécutif des deux volumes de baignoire est exécuté (dispositifs de plus de 600 L/j = deux baignoires selon le tableau B.4 de la norme EN 12566-3+A1) ;
Considérant que la vidange de baignoire n’a pas été appliquée pendant la séquence 1 d’établissement de la biomasse pour les trois protocoles ;
Considérant que les semaines d’arrêt ont été soustraites (mais pas les jours de coupure électrique) afin d’établir la charge moyenne journalière sur les jours de réelle alimentation :
Le tableau 1 présente les charges organiques et hydrauliques moyennes théoriques que des dispositifs pour 5 EH soit 300 g O₂/j de DBO₅ ont reçu pendant l’application de la totalité des séquences des protocoles :
Tableau 1 : Simulation des charges organiques et hydrauliques appliquées au cours de l’ensemble des séquences de test pour les trois protocoles PCE, PCS® et PA
| Protocole CE |
| – Charge organique journalière moyenne : 5,00 EH (Mv. 302 g O₂/j de DBO₅ sur 280 j) |
| – Charge hydraulique journalière moyenne : 5,05 EH (en moyenne 763 L/j sur 280 j) |
| Protocole AFSSET |
| – Charge organique journalière moyenne : 5,45 EH (Mv. 329 g O₂/j de DBO₅ sur 310 j) |
| – Charge hydraulique journalière moyenne : 5,50 EH (en moyenne 830 L/j sur 310 j) |
| Protocole CS® |
| – Charge organique journalière moyenne : 5,62 EH (Mv. 341 g O₂/j de DBO₅ sur 259 j) |
| – Charge hydraulique journalière moyenne : 6,47 EH (en moyenne 981 L/j sur 259 j) |
On constate que le protocole CE est celui qui teste avec les charges organiques ou hydrauliques les plus faibles. Le PCS® permet d’appliquer une charge organique théorique équivalente à celle du protocole AFSSET, mais sur une période bien plus courte, ce qui rend compte d'une plus forte intensité des sollicitations. Globalement, le PCS® est contraignant sur le plan de l’hydraulique, en raison de la plus grande quantité d’effets baignoire.
Les figures suivantes permettent de bien détailler les réelles « secousses » que subissent les dispositifs selon les trois protocoles.
Tout d’abord, les figures 8, 9 et 10 donnent une représentation des profils journaliers hydrauliques : on comprend pourquoi la moyenne journalière est de près de 1000 L pour le PCS®. En effet, 5 baignoires par semaine est particulièrement impactant sur ce volume moyen journalier en raison du maintien des baignoires sur l’ensemble du protocole. Le profil haché rend compte des 5 jours de baignoires sur 7 jours de la semaine, et du fait que les baignoires sont réalisées pour chaque type de sollicitation.
Pour le PCE, la figure 9 montre un profil qui est aussi haché. Mais si la pointe de baignoire est plus forte (2 volumes de baignoires le même jour), la durée de la sollicitation est moindre puisqu’elle ne dure qu’une journée sur les 7 jours de la semaine, et surtout il n’y a aucune sollicitation « baignoire » les périodes de surcharge et de sous-charge.
La figure 10 reproduit les sollicitations du protocole AFSSET, qui montre un profil identique que celui du PCE pendant les 10 premières séquences, et la surcharge de 200 % sans baignoire en fin des séquences. Il faut noter la surcharge de 150 % pour les PCE et PA (cercle bleu figures 9 et 10) qu'il n’est pas aisé de distinguer parmi les effets baignoire. Cette surcharge correspond en fait à un volume déversé inférieur à celui des 2 baignoires ; rappelons que le cas simulé est celui d’un dispositif à 5 EH nominal qui doit donc subir 2 vidanges de baignoire dans la journée, soit un total journalier de 1150 L (750 + 400) contre un volume journalier de 1125 L lors de la surcharge à 150 %, sachant que les baignoires sont exclusivement produites sur les séquences à 100 % (donc ni à 150 %, ni à 50 %).
Concernant les profils organiques journaliers, les choses se présentent de la façon suivante :
Suivante (figures 11, 12 et 13) : l’aspect lissé pour le PCS® (figure 11) est dû au fait que les baignoires sont réalisées en eau claire qui n’amènent pas de pollution organique supplémentaire. Les pointes de pollution exprimées en DBO, pendant les surcharges imposées (200 %), atteignent 600 g O₂/j.
En revanche, on observe des pointes hebdomadaires de pollution dans les PCE et le PA (figures 12 et 13 respectivement) pendant les séquences d’alimentation au nominal, en raison des baignoires effectuées avec de l’eau brute. Les profils hydrauliques et organiques se confondent.
Comme pour le profil hydraulique, il faut noter que la surcharge organique de 150 % est illisible car « noyée » dans la masse de ces surcharges hebdomadaires (la surcharge de 150 % sur 48 h est matérialisée dans les cercles bleus dans ces deux figures).
Ordre de succession des séquences
Pour juger de la robustesse des performances épuratoires d’un dispositif, non seulement le type et l’amplitude des variations de charge est important, mais aussi l’ordre dans lequel ces stress sont appliqués.
Le PCS® prévoit en ce sens de fortes sollicitations des dispositifs lorsqu’il fait par exemple se succéder une séquence de 3 semaines simulant les surcharges de week-end à 200 %, à une séquence de 3 semaines complètes de surcharge à 200 %. Cette succession permet effectivement d’observer dans un premier temps la façon dont les performances se dégradent ou se maintiennent avec de courtes périodes de surcharge. Des dispositifs robustes vont pouvoir aborder la séquence suivante avec sérénité alors que les dispositifs ayant souffert pendant les fins de semaines seront rapidement mis en difficulté.
Le protocole CE, de son côté, conçoit trop de périodes de repos, et longues, entre les séquences de contraintes. D’autre part, les contraintes sont tellement faibles, et plus liées à des sous-charges qu’à des surcharges, qu’il n’est pas vraiment possible de transposer les résultats obtenus à l’évaluation des performances prévisibles d’un dispositif lorsqu’il sera confronté à la vraie vie.
S’il n’est pas précisé dans la norme EN 12566-3+A1 que la séquence 1 doit succéder à la séquence 2, la séquence 3 succédant à la 2 et ainsi de suite, cette succession logique ne peut pas être comprise autrement. En effet, on n’imagine pas possible que, par exemple, la séquence 1 « établissement de la biomasse » intervienne après la séquence 3 ou la 6, etc. De plus, chaque laboratoire européen appliquant la même norme doit en principe reproduire les contraintes imposées aux filières de la même façon partout.
La difficulté majeure de l’essai d’épuration (entrée stochastique pour les concentrations et durée de l’essai de 38 semaines) nécessite que la norme soit plus précise sur ce point en précisant notamment les modalités de reprises des essais (durée maximale et reprise de certaines séquences) lorsqu’il y a arrêt.
Le sectorial group des laboratoires notifiés travaille sur l’harmonisation des méthodes et propose des solutions pour pallier les carences de la norme.
Or il faut souligner que des laboratoires ne s’interdisent pas de modifier l’ordre des séquences, ce qui est le cas lorsqu’une réplique d’une ou plusieurs séquences est effectuée suite à un souci logistique.
Il est compréhensible que des raisons exceptionnelles puissent conduire à reproduire une séquence ratée, mais ces raisons doivent être connues, expliquées et raisonnables. Une pollution de l’eau brute sur le réseau alimentant la plateforme de test est une raison acceptable. Des eaux brutes dont la concentration est régulièrement hors des limites acceptées par la norme ne doivent pas être une raison pour étaler le test sur une année voire deux. Il faudra peut-être que la norme autorise un nombre de valeurs mesurées plus important et donne des modalités d’exploitations des résultats obtenus.
Dans cet ordre d’idée, il n’est pas accep-
table qu'un rapport d’essai conduisant un industriel à apposer à son produit la marque CE, soit constitué de morceaux de séquences réalisées à des dates différentes qui, pour certaines, courent sur des années différentes (plus de 24 mois, voir figure X). Des règles très précises devront être formulées dans le cadre de la révision de la norme EN12566-3+A1.
Comment apporter la garantie que le produit testé est toujours le même, que la qualité d’eau usée brute n’est pas modifiée en tant de temps, comment donner une équité de jugement d'un dispositif à l'autre, d'un laboratoire à l'autre, si on ne respecte pas un espace de temps raisonnable et un ordre strict pour dérouler les séquences de test ? Le dispositif en question placé en situation réelle ne s’arrête pas de traiter et de rejeter des eaux traitées parce qu’il rencontre un problème.
Une illustration à partir d’un cas réel est reproduite dans les deux figures suivantes (14 et 15), où S1-S2...Sx correspondent au nombre de semaines dans la séquence considérée.
L'ordonnée représente les 10 séquences qui constituent le protocole de marquage. Pour chaque séquence, un nombre de semaines est fixé par la norme, et pour chacune d’entre elles une analyse est réalisée et reportée avec sa date de réalisation dans le rapport de marquage CE. En abscisse, chaque graduation correspond à une semaine, ce qui représente le temps écoulé.
Dans l’exemple d'un test réel reproduit pour les 8 premières séquences dans la figure 14 ci-dessus, on constate qu’au cours
de la séquence 1 aucune mesure analytique n'est réalisée puisqu’il s’agit de l’établissement de la biomasse dans le système.
La séquence 2 dure 4 semaines mais si les deux premières semaines sont bien consécutives, les deux semaines manquantes sont réalisées à 16 semaines d'intervalle. De même, la séquence 4 qui doit durer 5 semaines est reconstituée à partir de deux périodes respectivement de 3 semaines puis de 2 semaines espacées de 22 semaines.
On peut aussi identifier une période de 7 semaines qui constituent un « trou » dans le déroulement des tests pour lequel le rapport de marquage ne fournit aucune explication.
Enfin, et cette fois la figure 15 reproduit l'ensemble des 10 séquences de cet exemple réel, les deux dernières séquences sont réalisées 106 semaines après la première période d’essai, et dans un ordre inversé qui plus est : la séquence 10 arrive avant la séquence 9.
Il faut rappeler ici que l’annexe B4 de la norme EN 12566-3+A1 précise que « l’essai doit être réalisé sur une durée de 38+X semaines » ; le X est fixé par l'industriel au démarrage des tests, et X est une période qui permet l’établissement de la biomasse au démarrage du test, et pas autre chose.
Autres types de simulations
Des réflexions en cours en Amérique du Nord envisagent de tenir compte du nouveau modèle familial de notre société moderne basé notamment sur les familles recomposées. Ainsi, il est imaginé de simuler des surcharges plus importantes, qui devraient représenter les semaines de garde partagée, où les enfants d’un premier mariage de chacun des nouveaux conjoints rejoignent le nouveau foyer. À ceci peut venir s'ajouter des jours où vont se concentrer lessives et travaux ménagers, ce qui est le cas lorsque la mère de famille travaille à l’extérieur.
Si ces nouvelles réflexions peuvent conduire à améliorer la façon dont la robustesse des performances des dispositifs de traitement peut être évaluée, il est impossible de tester toutes les situations qui peuvent se rencontrer dans la vie courante. Il est raisonnable d’accepter que des événements exceptionnels donnent lieu à des dépassements des niveaux de rejet, pourvu qu’ils restent occasionnels. Il va par contre être important de connaître les limites des dispositifs pour être à même d'identifier leurs points faibles et leurs points forts, de façon à être en mesure d’adapter le dispositif à son usage, dans les limites de ce qu'il peut faire.
Un bon protocole de test doit permettre d'aboutir à ce type de conclusion, sans toutefois chercher à tout simuler.
Quelques résultats réels illustratifs
Cas d’un dispositif présentant des performances épuratoires robustes
Le dispositif « X » réellement testé sur une même plateforme selon les deux protocoles présente des performances comparables, comme on peut le voir sur la figure 16. Les fortes sollicitations du PCS® conduisent à un dépassement d’environ 5 % du temps de la valeur seuil fixée à 35 mg O₂/L pour la DBO₅ (arrêté 7/9/09). On remarque que la valeur rédhibitoire de 50 mg O₂/L est dépassée 3 % du temps (ce qui correspond en fait à une seule valeur analytique). En toute rigueur, ce dispositif ne devrait pas pouvoir être agréé selon la procédure française sur la base du protocole en conditions sollicitantes. En revanche, il peut l’être sur la base du protocole de marquage CE. Cet exemple montre que certains dispositifs ont des performances suffisamment robustes pour subir sans broncher de fortes sollicitations.
Cas d’un dispositif dont les performances épuratoires sont fragiles
Le dispositif « Y » réellement testé selon les deux protocoles, sur deux plateformes différentes, présente des performances nettement différentes (figures 17 et 18). Pour expliquer ces différences, il faut souligner que durant le test PCE, le dispositif a reçu en moyenne une charge organique exprimée en DBO₅ de 162 g O₂/L, ce qui correspond à 2,7 EH alors qu’il est déclaré pour une charge nominale de 5 EH (ou 300 g O₂/L). Durant le test PCS® ce même dispositif a reçu en moyenne 258 g O₂/L, ce qui correspond à 4,3 EH. On constate que, si le dispositif n’est pas sollicité comme c’est le cas pour le protocole du marquage CE, ses performances peuvent apparaître comme convenables. Dans cet exemple, le dispositif en question serait agréé en France : il respecte 90 % du temps les valeurs seuils et n’atteint jamais la valeur rédhibitoire (85 sur MES). Mais si on lui applique le protocole en conditions sollicitantes, alors même que la capacité nominale n’est pas dépassée, l’effet
des contraintes étant réellement mesurées, les performances peuvent être convenablement jugées. L'agrément ne devrait pas lui être attribué.
Cet exemple montre que certains dispositifs ne peuvent pas subir des surcharges sans que leurs performances soient rapidement mises en défaut.
Cas d’un dispositif dont les performances épuratoires sont médiocres
Malgré les faiblesses évoquées précédemment, l’application du protocole CE est tout de même capable d’identifier des dispositifs qui ont de mauvais résultats. Le cas du dispositif « Z » réellement testé sur une plateforme selon le protocole CE en est une illustration (figures 18 et 19).
Ce système épuratoire dépasse en permanence les valeurs seuils pour la DBO5, il dépasse 95 % du temps les valeurs seuils en MES. Un tel dispositif, pourtant apposant la marque CE, ne peut pas être agréé par l'État français selon la procédure de l'arrêté du 9 septembre 2009.
Discussion et perspectives
L'analyse approfondie des protocoles de test amène à faire les observations suivantes, qui pourraient permettre de faire progresser le marquage CE afin de le rendre garant de vraies performances environnementales des dispositifs testés.
Plus de sollicitations, une adaptation plus réaliste
Le protocole de marquage CE, qui est la seule référence en Europe, doit s’enrichir de séquences plus sollicitantes afin de mieux apprécier la robustesse des performances des dispositifs testés en plateforme. Il faut par ailleurs réaliser que la vraie vie de terrain de ces dispositifs implique des sollicitations sur 24 heures qui sont en réalité bien plus fortes que celles appliquées en plateforme. On observe sur le terrain que les jours de la semaine sont loin d’être homogènes, tant dans les volumes rejetés que dans la concentration de la pollution. Les occupations ménagères du mercredi ou du samedi, les jours de grand ménage, la préparation de repas à l’avance, la confection de conserves sont autant de pratiques qui ont des conséquences sur les charges organiques et hydrauliques avec des amplitudes qu'il va falloir mieux apprécier par des mesures sur le terrain. Et toutes ces pratiques de la vie courante sont très mal exprimées par les protocoles de test.
Les plus récentes mesures effectuées par Veolia Eau sur des rejets directs de maisons individuelles montrent des charges organiques exprimées en DBO5 qui varient de 13 à 170 g O₂/j par habitant. Ces amplitudes sont énormes et pas sans conséquences sur les performances des systèmes épuratoires. Des publications de ces mesures seront disponibles à l'issue de l'étude dans laquelle elles sont réalisées.
Imposer une continuité dans le déroulement des séquences
Un débat sur la nécessité de conduire les séquences dans leur continuité devrait avoir lieu avec les laboratoires notifiés européens. La continuité des séquences est un gage d’équité essentiel entre les procédés. Dans la situation réelle, on ne recommence pas une dépollution ratée, c’est bien l’environnement qui encaisse les défaillances ou insuffisances du dispositif. Permettre que l'on refasse, pour des raisons externes d’alimentation par exemple, jusqu’à 5 ou 10 % des semaines de tests restera plausible, mais reconstituer un protocole à partir des meilleures semaines sur plusieurs années d’analyses est une parodie d'essais incompatible avec une mission de dépollution d'un ouvrage sur le terrain.
Une qualité d’eau brute pour tester les filières qui rende compte de la réalité des rejets d’une habitation
Les plateformes alimentées par des réseaux urbains subissent de fortes variations de concentration des eaux brutes. Variations saisonnières dues aux périodes pluvieuses, mais aussi variations d’un jour à l'autre. Les valeurs moyennes peuvent parfois paraître acceptables, pourtant elles cachent des écarts types souvent excessifs. La figure 20 suivante est un exemple de variation des valeurs de DBO5 des eaux brutes durant un test de marquage CE, l’effluent étant par ailleurs significativement dilué.
Il faut toutefois réaliser que même ces valeurs moyennes ne sont pas le reflet des concentrations de terrain, puisqu’au moins un laboratoire notifié européen (Cebedeau) raccordé directement à un immeuble doit diluer sa pollution reçue pour satisfaire aux fourchettes de concentrations de
La norme EN 12566-3+A1 car ses moyennes de DBO5 sont à près de 750 mg O2/L.
La figure 21 suivante résume la situation de quelques plateformes de laboratoires notifiés.
Cette situation particulière est assez inconcevable, on n’imagine pas avoir besoin de diluer l’eau usée d’une habitation pour la rendre compatible avec le système d’épuration dont elle est dotée. Pourquoi le faire donc dans un test destiné à connaître les performances de systèmes d’épuration ? Un travail sur la meilleure connaissance de la qualité réelle des eaux brutes domestiques doit être entrepris pour adapter au mieux celle des eaux de test. Ceci est d’autant plus important que l’on constate que les maisons individuelles produisent tantôt des eaux très concentrées tantôt des eaux très diluées et les ouvrages de traitement d’un jour à l’autre doivent s’adapter à ces forts écarts tout en garantissant les niveaux de traitement requis.
Pouvoir comparer les tests d’une plateforme à l’autre
Le point précédent amènera nécessairement à réfléchir à l’obtention d’une eau suffisamment concentrée pour faire des tests réalistes. Mais il faudra aller plus loin dans la réflexion, et se poser la question relative à l’équité de jugement d’une plateforme à l’autre pour les dispositifs testés. En clair, il faut des eaux suffisamment concentrées, et il faut des eaux de caractéristiques identiques sur les plateformes notifiées. Ces deux notions doivent pouvoir être résolues avec la fabrication d’eau usée artificielle synthétique, qui permettra d’obtenir les concentrations souhaitées de façon stable dans le temps, ce qui aura pour autre conséquence de pouvoir la reconstituer partout en Europe, et donc permettra de tester les dispositifs avec la même eau.
Il faut sans doute rester raisonnable et ne pas chercher à utiliser une eau usée synthétique pour l’ensemble des séquences de test. En revanche, prévoir quelques semaines avec des sollicitations choisies qui seraient reproduites partout permettrait de relier les résultats obtenus d’une plateforme à l’autre.
De l’eau usée synthétique qui soit représentative d’une eau usée brute réelle, notamment sur le plan de sa biodégradabilité, il est aujourd’hui possible d’en faire et de façon fiable, simple, et surtout reproductible. Ce test a été mis en œuvre par le CSTB dans le cadre de l’étude sur les 8 filières. Un brevet déposé conjointement par le Cemagref et Veolia Eau constitue aujourd’hui le socle de cette approche, qui fait l’objet d’une communication détaillée dans un autre article.
Tester les dispositifs à leur charge organique nominale, et à une charge hydraulique adaptée
La grande majorité des tests réalisés en plateforme ne permettent pas d’apprécier les performances épuratoires des dispositifs à leur charge nominale, c’est-à-dire celle déclarée par le constructeur. Elles sont quasiment toutes inférieures de près de la moitié, c’est-à-dire qu’un dispositif déclaré à 5 EH est testé à 3 voire 2,5 EH. L’amendement A1 à la norme EN 12566-3+A1 impose depuis peu de déclarer la charge organique de traitement, ce qui a le mérite de mettre en évidence les écarts potentiels du test par rapport au nominal. L’usage d’une eau synthétique dont on maîtrise la charge organique prend alors tout son intérêt.
Si la charge organique a son importance, on constate sur le terrain que les consommations d’eau ont nettement évolué ces dernières années, la valeur de 150 L par jour et par habitant communément admise doit être remise en cause. On mesure maintenant couramment des consommations journalières de 50 à 100 litres. Mais à côté de ces valeurs moyennes, on observe des pointes de consommation qui peuvent aller au-delà des 200 L par jour. La décomposition hydraulique souvent faite dans la maison par les anglo-saxons doit s’accompagner du même exercice pour la décomposition des apports organiques (apport aux toilettes en combien de fois, apport par les lave-linges, lave-vaisselle, douches etc.) pour cerner les pointes et les appliquer aux tests.
Tester mieux, mais moins longtemps
On constate que l’essentiel des réponses des dispositifs aux sollicititations peut être obtenu en quelques semaines. Il est donc inutile de rallonger la durée des tests. Si l’on justifie la durée des tests par le souhait d’obtenir des informations sur l’accumulation de boues dans le système testé, ce n’est de toutes les façons pas en 40 semaines que l’on peut apporter un jugement pertinent. Il y a d’autres moyens pour accéder à ces informations, surtout si l’on connaît les volumes dédiés à la sédimentation, au stockage, et les moyens mis en œuvre pour recirculer ou extraire les boues en excès d’une cuve à une autre.
Un cadre européen pour notifier les laboratoires, harmoniser les pratiques d’un laboratoire à l’autre
Il n’existe pas de règles européennes qui décrivent les bases de la notification des laboratoires. Un laboratoire est notifié par son pays selon les règles de son pays. Sur les 31 laboratoires notifiés en Europe au titre de l’EN 12566-3+A1, il n’y a pas une harmonie des pratiques.
Ainsi, on peut voir des rapports de marquage CE élaborés à partir de tests fournis au laboratoire notifié par le fabricant, c’est-à-dire sans tests en plateforme mis en œuvre par un tiers, ce qui n’est pas l’esprit de la norme.
Une crédibilité européenne de pratiques passe par une harmonisation de celles-ci, ce que le SG12, groupe européen d’harmonisation des pratiques tente de faire. C’est à la norme EN 12566-3+A1 d’être précise sur ses contraintes pour ne pas laisser place aux interprétations régressives.
