Des traitements efficaces, pour des situations toujours particulières

Dossier réalisé par

Technoscope

La France comptait déjà 8 000 step en 1980. Leur nombre approche les 15 000 en l’an 2000. Vieillissement des équipements, accroissement des populations, exigences réglementaires accrues... bon nombre de ces ouvrages doivent être revus. Des opérations plus ou moins lourdes qui vont jusqu’à une reconstruction totale.

Les échéances de la loi sur l'eau de 1992 issues de la directive européenne de 1991, et les textes ultérieurs conduisent à un réexamen de fait de l'ensemble des stations d’épuration (au total environ 15 000 en l’an 2000) dont la grande majorité se situent en milieu rural. D’où un besoin de remise à niveau des stations constituant un marché en croissance pour les constructeurs français. Un marché alléchant aussi puisque l'on voit apparaître des concurrents étrangers depuis quelques années comme à Mâcon où DHV Water des Pays-Bas a fait affaire.

Une manière d'introduire la culture des pays nordiques dans le paysage français.

Besoins de capacité supplémentaire, de qualité de traitement accrue du fait de la sensibilité de la zone, besoins normaux d’entretien, contextes politiques et géographiques particuliers... chaque situation est un cas d’école.

La directive européenne du 21 mai 1991 impose des valeurs en rendement ou en concentration pour les différents paramètres.

mètres, et tient compte aussi des milieux récepteurs, ce qui conduit bon nombre de stations à s'adjoindre un traitement complémentaire sur l'azote et/ou le phosphore.

À ces prescriptions générales vient s'ajouter le principe de subsidiarité : par exemple, l'extension en cours de la station de Pierre-Bénite sur le Grand Lyon pourrait se contenter de ne traiter que le carbone et les MES puisque Lyon est en zone normale. Mais en raison du plan Rhône élaboré à la fin des années 80 et intégré au SDAGE en 1992, la station de Pierre-Bénite rénovée éliminera l'ammoniaque, polluant sensible sur ce fleuve ; le phosphore ne pose pas problème, puisque le fleuve n’a pas globalement de problème d’eutrophisation. Dans chaque région on pourra trouver des cas particuliers.

« Il n’existe pas de problème technique aujourd'hui qu'on ne sache pas résoudre, tous les constructeurs ont une gamme étendue de procédés, l’assainissement relève des choix économiques et politiques » indique Bernard Tisserand de la direction technique à la Générale des Eaux qui précise que « l'assainissement change de braquet : les niveaux de performance, de fiabilité sont plus élevés et les citoyens sont de plus en plus exigeants en matière de confort (bruit, odeurs), sans oublier les exigences des pêcheurs. »

Ce marché de la remise à niveau des step correspond à des demandes très disparates : du simple changement de composants (pompes), puis de révision d'une fonction (dégrillage, aération), jusqu’au changement total des équipements en conservant le génie civil, avant une refonte complète de la station avec réutilisation éventuelle de certains ouvrages.

Carole Bousquet, ingénieur d'affaires chez Degrémont pose clairement le problème : « Par réhabilitation on entend le renouvellement du matériel avec conservation totale des ouvrages. C'est une remise à neuf des équipements commandée par le maître d'ouvrage avec l’assistance de l’exploitant et d’un bureau d'études qui établira une “shopping list”. Deuxième cas de figure, la réhabilitation-amélioration. C'est une modernisation où le gain en qualité de traitement ne sera pas très grand. Par contre la station respectera mieux son niveau de base d'épuration, pourra accepter des charges polluantes plus importantes, mais le niveau d'épuration globale restera identique. Un résultat obtenu par exemple en modifiant les dispositifs d’aération. Troisième cas, la rénovation-extension, où l'on essaye de réutiliser

au maximum les ouvrages existants tout en agrandissant pour accroître la qualité du traitement et traiter azote et phosphore. La grande question alors est la disponibilité de place. Le dernier cas de figure est plus radical, c'est la reconstruction pure et simple d'une station, à côté ou sur l'existante tout en conservant la continuité du service pendant les travaux ; les ouvrages existants sont la plupart du temps détruits. » Dans cette « classification » très générale les cas de figures sont très variés.

Sur le premier cas de figure explique Jean-Bernard Pasquette, responsable du département réhabilitation/rechange/après-vente de Degrémont : « La réhabilitation s'effectue sans modification du process, en règle générale nous ne modifions pas l'ouvrage ni son profil hydraulique ; ce doit être une opération rapidement menée et nous intervenons quel que soit le constructeur initial de l’ouvrage. Les demandes actuelles les plus fréquentes portent sur le changement de ponts clarificateurs, la décantation primaire ou les épaississeurs, sur les systèmes de déshydratation des boues (utilisation de filtres à bandes plus performants) mais également le transport et l'évacuation des boues (remplacement de bandes transporteuses par des pompes). La désodorisation est aussi une demande (essentiellement en milieu industriel) mais l'opération est délicate car les ouvrages n’ont pas été conçus dans cette optique. »

La demande de réhabilitation n'implique pas forcément l'adoption des matériels les plus performants, ni les plus récents : certains exploitants veulent une réfection à l'identique pour des raisons d’habitude ou exigent une marque particulière pour un type d’équipement pour des raisons d’homogénéité d'entretien (surtout en milieu industriel). « C'est un métier où il faut répondre strictement à la demande du client à la différence de l'activité ingénierie dont le rôle est de répondre à un besoin fonctionnel, à un cahier des charges » explique J-B. Pasquette, mais celui-ci insiste sur la nécessité de recourir à un spécialiste du secteur pour le remplacement de matériels importants comme les ponts. Ces derniers ont bénéficié d'améliorations sensibles (construction aluminium, réglages possibles pour les ponts suceurs) qui conduisent à des performances accrues des équipements.

Dans ce chapitre réhabilitation, les clients profitent des progrès sur les matériaux dont la qualité s’améliore. Un point confirmé par Dominique Raby de l’Agence Rhin-Meuse : « l’acier simple est remplacé par l’inox ou l’aluminium qui allègent l'entretien ». Les équipements de pré-traitement qui vieillissent très vite car très sollicités et dont la technologie a bien évolué ces dernières années font partie des renouvellements fréquents.

Au-delà de ces opérations, certains sites doivent envisager des remaniements plus conséquents, une augmentation sensible de capacité de l'ouvrage ou l'adjonction de traitement complémentaire. Là, les critères entrant en jeu dans le choix d'une solution technique plutôt qu'une autre sont nombreux et leur poids relatif particulier à chaque site ou situation. Les stations rattrapées par l'urbanisation doivent se contenter de la surface existante (sauf à changer de site, ce qui est parfois délicat). Si certaines collectivités ont suffisamment anticipé les

Développements, d'autres non et des procédés compacts doivent être utilisés. Le recours à des procédés compacts, et tous les constructeurs sont d’accord, se justifie dans des conditions particulières : littoral exigu, communes touristiques devant faire face à de fortes variations de population, ou sites très urbanisés (odeurs et place), conditions climatiques particulières, ou par volonté de libérer des terrains pour d'autres activités. Les constructeurs développent de nouveaux procédés qui s'insèrent dans des chaînes existantes (exemple le Mixazur de Degrémont pour la dénitrification en tête de station). Mais rendre compact implique d’intensifier les échanges donc de dépenser plus d’énergie : les coûts d'investissement et de fonctionnement seront supérieurs à ceux d'un traitement classique à boues activées ; le choix est aussi politique. Ainsi, sur l'île d’Yeu, une station de 10 000 eh est en construction (Biosep d’OTV) utilisant les techniques membranaires, mais il s'agit « d'une des premières réalisations en collectivités », précise Gérard Favre de l’Agence Loire-Bretagne, « qui se justifie par la grosse variabilité de population et le souhait de performance élevée exprimé par la municipalité. »

Dans les cas où la place est suffisante et l'accroissement de capacité demandé important, une reconstruction s'impose. Encore faut-il que les objectifs de traitements et de coûts soient bien définis. Et pour faire une réelle économie sur le long terme, il faut savoir anticiper comme le souligne C. Bousquet. S’il y a reconstruction et besoin de traitements plus poussés (zone sensible) il vaut mieux opter tout de suite pour des traitements performants et une qualité de rejet élevée et ne pas se contenter d'une solution un peu moins chère aujourd’hui mais qui entraînera des modifications coûteuses dix ans après.

Les projets d’extensions de stations existantes sont plus complexes que ceux des stations neuves car il convient d'adapter au mieux les nouveaux ouvrages au contexte local. Ils exigent une attention particulière pour le planning des travaux et pour la réutilisation des ouvrages existants.

Les délais de réponse aux appels d’offre varient actuellement entre 2 et 4 mois. La commission technique du SNITER (Syndicat National des Industries du Traitement d'eaux résiduaires) propose de rallonger ainsi le délai de réponse :

• • 4 mois pour une station < 50 000 eqh,
• • 5 mois pour une station jusqu’à 100 000 eqh,
• • > 5 mois pour une station > 100 000 eqh.

Le SNITER souhaite également sensibiliser les maîtres d’œuvre et les maîtres d’ouvrage sur les dépenses engagées par tous les constructeurs lors des projets alors qu'il n'y a qu'un gagnant par concours et suggère la généralisation de l’attribution d'indemnités pour les études réalisées.

Réutiliser ou non les ouvrages existants ?

Une des questions qui se posent lors de la rénovation d’une station est la réutilisation ou non des ouvrages existants. Degrémont a développé Pegazur, un procédé compact qui permet la réutilisation de bassins d’aération existants grâce à des cultures de bactéries nitrifiantes fixées sur des Biocubes de 3 mm. On peut ainsi éliminer la pollution azotée dans les bassins d’aération existants. Mais là encore il n'y a pas de généralité. Pour Bernard Tisserand, « il ne faut pas faire d’acharnement. Quand l'ouvrage est vétuste, cela ne vaut pas la peine, il vaut mieux reconstruire à neuf. Si une station doit étendre ses traitements à l'élimination de l'azote, la taille des bassins existants n'est plus adaptée (accroissement des volumes nécessaires). Utiliser des ouvrages existants comme bassin d’écrêtage de précipitations est envisageable. » Dominique Raby indique que sur de grosses stations comme Nancy, Metz, Strasbourg les ouvrages de base sont conservés, les reprises d’ouvrages coûtent cher à la fois.

en bureau d'études et sur le chantier.

La question de la réutilisation peut être un choix économique à un certain moment mais pas un choix technique. Pour illustrer cela, B. Tisserand cite la station de St-Quentin dans l'Aisne, où il y avait un a priori de réutilisation des ouvrages pour les eaux pluviales. Mais cela a demandé de reconcevoir toutes les liaisons entre bassin, les dispositifs de brassage et de nettoyage. Un élément à prendre en compte comme le rappelle C. Bousquet est la ligne piézométrique qui conditionne la disposition des ouvrages futurs ; un poste de relevage est parfois indispensable mais ce sont des frais en plus. L’insertion de dispositifs de mesure requis par l’autosurveillance joue aussi lorsqu’on souhaite réutiliser des ouvrages.

En fait la question qui se pose est de savoir si la station a été ou non conçue pour des extensions futures. Si oui le projet pourra intégrer des réutilisations, si non, c'est un peu le coup de chance. La méfiance des constructeurs à la réutilisation s’explique par au moins deux points : les problèmes de garantie et les complications de conception.

Pour réutiliser un ouvrage, celui-ci doit être expertisé, ce qui est loin d’être facile dans la mesure où il est en service. Il faut apprécier les dégradations dues aux corrosions éventuelles. En outre les procédés ont évolué comme le souligne Pascal Vizier, directeur des projets chez Degrémont : « les bassins d'aération sont aujourd’hui plus profonds (technique du bullage), il est délicat de rehausser un ouvrage, encore faut-il qu’il soit apte à de telles modifications. » J.-P. Fournier, directeur des réalisations d’OTV Nord et Île-de-France, ajoute que « le problème dans la réutilisation est que l’on dispose rarement des plans complets et des notes de calculs de l’ouvrage. » Si l'ouvrage est sous garantie décennale et non modifié, la garantie continue à courir. S’il y a modification, une autre garantie décennale redémarre, mais le risque est plus grand. Difficile de vouloir assumer des risques que l'on ne maîtrise pas.

L'incidence de l'autosurveillance

Les stations construites il y une dizaine d’années ne prenaient pas en compte la contrainte réglementaire de l’autosurveillance apparue dans les textes en 1994. Sur les ouvrages neufs cette contrainte est intégrée dans les études. L’impact de cette obligation n’est pas négligeable. Jacques Barbet, directeur commercial de Lyonnaise des Eaux Rhône-Alpes Auvergne, l’estime à 3 à 6 % du coût d'investissement et pour le fonctionnement environ 6 % des charges totales. Mais des aides substantielles des agences de l'eau existent pour cela. L’autosurveillance exige pour la mesure des débits des ouvrages spécifiques qui prennent de la place : canal avec longueurs droites importantes (8 à 10 m) pour des mesures ultrasons qu’il n'est pas toujours aisé de placer entre des ouvrages existants.

Bien d’autres mesures sont demandées ce qui implique des capteurs, des raccordements et du câblage et l’informatique de traitement des données (ordinateurs et logiciels). Lyonnaise des Eaux a développé le logiciel Olympe spécifique des ouvrages d’épuration et qui équipe la quasi-totalité des ouvrages exploités par la société. Il assure la saisie, le traitement quotidien et le stockage des données, suit des ratios, et édite automatiquement les rapports mensuels et annuels (y compris pour les sous-produits comme les boues).

Roger Pujol de la DTR de Lyonnaise des Eaux indique que les recherches se poursuivent dans ce domaine avec la mise au point de nouveaux logiciels pour l’exploitation des step à boues activées (logiciels Caribou, Ogar et Mogador dans le cadre du programme C3A). Une quarantaine de petites stations sont ainsi équipées pour évaluer ces nouveaux outils. Des outils comparables (BDQA base de données qualité assainissement) existent chez Générale des Eaux comme l’indique Bernard Tisserand qui souligne les différentes exigences : « il ne faut pas confondre l’autosurveillance (transparence des opérations) et le nécessaire suivi par l'opérateur du fonctionnement de l’usine au mieux de ses performances. Une chose est sûre, ces outils élèvent globalement les performances d’épuration. »

Filière boues,

la question d’actualité

Au dire des constructeurs et exploitants, le point sensible aujourd’hui est la filière boues, sous la pression d’une législation en évolution rapide (une directive européenne devrait sortir d’ici six mois). Le rétrécissement des périodes d’épandage et l’interdiction de dépôt en bout de champ obligent à concevoir des ouvrages de stockage importants. Comment valoriser au mieux ces sous-produits ? Les problèmes se posent différemment selon les lieux et les tailles de step. Pour les step de 200 à 2 000 eh, Lyonnaise des Eaux a développé Rhizopur, combinaison du dégrillage, du lit bactérien et du rhizocompostage. Autres solutions de cette société en collaboration avec des collectivités : le compostage (avec addition d’autres matières) sur place ou en regroupement. « Nous militons pour une économie dans l’exploitation », affirme Roger Pujol en évoquant la réalisation de Bury (Oise) d’une plateforme de compostage à laquelle sont rattachées dix-sept stations. La capacité de traitement est de 24 000 t de boues brutes et 10 000 t de déchets verts. Cet investissement de 30 MF vient d’entrer en service. La solution retenue pour les boues a forcément un impact dans la conception de la rénovation.

À côté de l’épandage, la voie majoritaire de traitement des boues en France est l’incinération ou la co-incinération alors que certains s’étonnent de voir de moins en moins de digesteurs. L’incinération implique le traitement des fumées, dont le contrôle devient de plus en plus sévère. Verra-t-on se développer l’OVH (oxydation voie humide) dont OTV a fait la démonstration avec son procédé Athos à l’usine de Toulouse Ginestous ? Une solution qui présente de nombreux avantages : équilibre thermique obtenu avec des boues à 30/40 g l⁻¹ de matière sèche (donc pas de déshydratation), une minéralisation poussée et une réduction considérable de l’ammoniaque, l’utilisation de la DCO résiduelle pour alimenter le traitement biologique, et pas de traitement des fumées. Cette combustion sans flamme serait compétitive par rapport à l’incinération et même à la valorisation agricole.

Traiter les odeurs

La demande de confort s’accentue dans la population. Mais les odeurs ne sont véritablement traitables que si les traitements sont confinés dans des bâtiments. Les grands constructeurs ont différentes solutions : par adsorption sur charbon actif pour faibles débits, ou pour les gros débits par épuration chimique (lavage dans des colonnes) ou biologique. Dans ce dernier cas les bactéries sont immobilisées sur support naturel (tourbe) ou synthétique, constamment humidifié, au travers duquel passe l’air à épurer. Stereau, avec son procédé Lanodor de désodorisation biologique, revendique jusqu’à 70 % d’économie sur les consommations de javel et soude d’un lavage classique et 35 % sur le coût global de fonctionnement (procédé utilisé sur Aquantis à Voreppe, Isère) et un rendement épuratoire supérieur à 90 % pour des charges en hydrogène sulfuré de 2 kg j⁻¹ m⁻³ de matériau épurateur Biozzolane. Degrémont utilise un procédé comparable avec son matériau granulaire synthétique Biolite. OTV, avec son procédé biologique Alizair, a développé l’emploi d’un matériau minéral (le Biodagène) permettant d’atteindre de très grandes vitesses de filtration (500 m h⁻¹) avec des charges épuratoires pouvant dépasser 50 g h⁻¹ m⁻³ de matériau. Un nouveau procédé apparaît, développé par la société Paganetti, faisant appel au traitement par plasma froid soit en intérieur, soit sur des effluents évacués. Quelques réalisations pilotes ont vu le jour sur des débits d’environ 10 000 m³ h⁻¹.

Opérations de rénovation de step dans le septième programme 1997 à 2002.

Les travaux de remise à niveau des stations représentent des sommes importantes. Vu la diversité des situations, les Agences ne dénombrent pas toujours de la même manière les travaux et associent parfois rénovations et reconstructions.