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Traitement des eaux de ruissellement : choisir la bonne solution
Jacques-Olivier BARUCH de GROUPE ROUGE VIF 30 octobre 2019 Paru dans N°425 - à la page 55

L’essor d’une gestion décentralisée des eaux de pluie pousse au développement de solutions de traitement des eaux de ruissellement. Ces solutions foisonnent désormais, notamment à destination des zones urbaines très concentrées. Cependant, les aquatextiles épurateurs, caniveaux dépollueurs, décanteurs-dépollueurs, séparateurs d’hydrocarbures et autres équipements décentralisés de traitement répondent à des besoins différents. L’établissement d’un diagnostic solide, le choix d’un équipement adapté et la maîtrise des ruissellements restent essentiels.

Le ruissellement des eaux de pluie sur les surfaces urbanisées peut être à l’origine d’une dégradation de la qualité des milieux récepteurs menant parfois à un déclassement de certaines masses d’eau vis-à-vis des objectifs européens d’atteinte du bon état physico-chimique. Conjugué à d’autres facteurs au premier rang desquels le changement climatique, ce constat a signé la fin de la politique du “tout tuyau” qui a longtemps prévalu et qui consistait, en milieu urbain, à raccorder systématiquement les eaux pluviales au réseau pour les évacuer hors de la ville.
Des pénalités financières pour non atteinte du bon état des masses d’eaux du fait  des pollutions liées aux rejets par temps de pluie peuvent être infligées par l’Europe
aux collectivités.

Désormais, l’heure est à la gestion des eaux de pluie au plus près de leur point de chute, d’un point de vue quantitatif en favorisant notamment l’infiltration, mais aussi au plan qualitatif. « En supprimant le ruissellement des eaux pluviales, 80 % de la pollution est supprimée, souligne Maelle Ancelle, Directrice d'Adopta. Et dans ce cas, l'infiltration peut être faite sans autres dispositions. Toutefois, dans certains cas, pour le ruissellement sur des surfaces imperméables (parkings, voiries...), les eaux pluviales vont se charger en polluants de toutes natures (matières organiques, hydrocarbures, métaux lourds, pesticides, etc) qui s'accumulent et risquent, en s'infiltrant, de contaminer les milieux naturels et les nappes souterraines sous-jacentes ».

Quand la nécessité de traiter les eaux pluviales se justifie et avant leur infiltration, des solutions de prétraitement peuvent être mises en place, solutions diversifiées développées par des industriels. Selon les cas, elles associent drainage et dépollution comme par exemple les caniveaux épurateurs ou les aquatextiles épurateurs ou sont spécifiquement développés pour traiter certaines formes de pollution tels que les séparateurs d’hydrocarbures ou les décanteurs-dépollueurs.

Comment choisir la bonne solution et sur quels critères ?

La première étape consiste bien évidement à limiter l'imperméabilisation des zones pour favoriser l'infiltration directe de l'eau. « Des zones d'infiltration peuvent également être plantées d'espèces permettant la dégradation de ces polluants tout en stockant l'eau temporairement (effet tampon), explique Adrien Bouzonville, Manager and Environmental Consultant chez Atmoterra. Ces solutions, basées sur la nature, sont également à privilégier pour favoriser la séquestration du carbone mais également pour favoriser la biodiversité localement ».
Décanteur en acier à traitement progressif DTPBAF5A de Techneau installé à Chavanod (74). Débit nominal de traitement : 105 l/s, débit de pointe accepté : 239 l/s. Volume de stockage des boues : 8.348 l, volume stockage des liquides légers : 2.700 l. Charge hydraulique au débit de traitement : 2 m/h.

Quand les contraintes foncières sont trop importantes, il faut passer à des systèmes compacts et artificiels de traitement.

« La base est l’étude de l’environnement du site, explique Christophe Chastel, directeur technique de Fraenkische France. Suivant le type de polluants, la pluviométrie chronique ou exceptionnelle, il faudra choisir le dispositif le mieux adapté à la problématique, du décanteur de matières en suspension (MES) à l’équipement qui traite aussi les métaux lourds ». 

Cette étude de site coûte cher et prend du temps pour caractériser les polluants et les concentrations selon tous les types de pluviométrie à retenir. Mais elle est indispensable car outre une dégradation parfois irréversible de la ressource, des pénalités financières pour non atteinte du bon état des milieux aquatiques du fait des pollutions liées aux rejets par temps de pluie peuvent être infligées par l’Europe aux collectivités (cf. décret 2016-1910 du 27 décembre 2016 sur la responsabilité des collectivités au regard des objectifs européens).

A chaque équipement ses fonctionnalités

Les déchets dont la taille est supérieure à 2 centimètres sont arrêtés par les dégrilleurs, ou les débourbeurs pour des particules (sables, graviers) de plus de 200 µm.
Le décanteur hydrodynamique First Defense® de Stradal développé avec Hydro International repose sur le principe de séparation par effet vortex pour séparer et capter les MES, les métaux lourds et les hydrocarbures. Il est composé d’une chambre circulaire préfabriquée en béton dans laquelle un mouvement de rotation se crée par l‘introduction tangentielle de l’effluent. Le temps de séjour augmente et l’action de séparation des polluants est ainsi renforcée.

Pour le reste, à chaque type d’équipements ses fonctionnalités. Séparateurs d’hydrocarbures et décanteurs particulaires ne répondent pas aux mêmes besoins. Les premiers permettent de piéger, par gravité et/ou coalescence, les hydrocarbures présents dans les eaux de ruissellement. Leur principe de fonctionnement repose sur la différence de densité entre les éléments présents à l’intérieur du séparateur. Les seconds, qu’ils soient à flux croisé ou à contre-courant, ont pour fonction de traiter les polluants fixés sur les matières en suspension.

Les séparateurs de liquides dits légers (densité de 0,85 comme les hydrocarbures), sont adaptés aux stations-service, aire de lavage, milieu industriel ou garages. 

Ils comportent parfois un débourbeur à l’instar de la gamme SH4730 de Simop ou de l’Hydroclair de Stradal, également doté d’un filtre à coalescence constitué de mousse filtrante à porosité contrôlée garantissant une teneur résiduelle en hydrocarbures inférieure ou égale à 5 mg/l (Classe 1). A la condition d’être bien dimensionnés, ils sont efficaces. Il y a en effet une corrélation directe entre le volume utile du séparateur et les performances épuratoires. Selon Techneau, qui propose quatre gammes de séparateurs (HydroPE en polyéthylène, HydroBAC et HydroGD en acier peint et PolyGD en polyester), « En dessous de 90 s de temps de passage dans le compartiment séparateur, il est nécessaire d'utiliser des médias filtrants supplémentaires qui sont des consommables qu'il convient de changer fréquemment pour assurer un rendement < 5 mg/l en hydrocarbures de densité 0,85. Par ailleurs, diminuer le volume du compartiment séparateur, c'est effectivement diminuer le volume de stockage d'hydrocarbures piégés, ce qui implique des fréquences plus importantes de vidange ».

L’Hydrosep® d’Eloy Water est un séparateur d’hydrocarbures qui intègre un débourbeur pour la décantation des boues et des matières solides, une cellule à coalescence qui permet la séparation des eaux et des particules légères ainsi qu’un compartiment étanche de stockage.

Chez Simop, l'objectif du décanteur particulaire type 6740 est de piéger les particules de densité 2,4 avec un diamètre inférieur à 100 microns, ce qui représente 80 % des particules contenues dans les eaux de ruissellement. Lors du dimensionnement du décanteur particulaire, Simop utilise la vitesse de Hazen, qui permet de définir la vitesse des chutes de particules en fonction du pourcentage de particules à piéger. Cette vitesse de sédimentation donnera donc une indication quant au rendement en MES, DBO et DBO5, et aussi sur les hydrocarbures liés. « En effet, lorsqu’il y a des particules dans l’eau, les hydrocarbures s’y lient, par conséquent, si les particules sont retenues, les hydrocarbures le sont aussi, explique Aline Sanson chez Simop. L'écoulement dans ce type d'appareil doit être laminaire afin de favoriser l 'élimination des hydrocarbures légers par flottation ».

« Il est possible de coupler ces appareils avec un régulateur de débit tel Réguleo », note de son côté Gérald Baudry, directeur commercial chez Simop. Un système d’alarme est obligatoire selon la norme NF EN 858-1 : « Les installations de séparation doivent être équipées de dispositif d’alarme automatique… Elles permettent de détecter un niveau d’hydrocarbures et/ou de boues dans le séparateur. Une alarme optique et/ou acoustique se déclenche quand le seuil souhaité est atteint ».

Le système modulaire RAUSIKKO HydroMaxx de Rehau se compose de deux niveaux d’assainissement : le module de sédimentation RAUSIKKO SediClean pour séparer les substances solides et liquides et le module d’adsorption et filtration RAUSIKKO HydroClean AF pour séparer les métaux lourds dissous.

Attention donc, non seulement à bien dimensionner son équipement en vue de faire face aux débits les plus importants, mais aussi à diversifier les techniques de traitement en fonction des problématiques rencontrées : « à chaque bassin versant, son type de traitement adapté, avertit Tiphaine Guillaume, attachée technique chez Rehau. Parfois, il peut s’avérer nécessaire d’associer plusieurs solutions de traitement afin de capter un spectre de polluants plus large ».

Fraenkische a installé 50 Sedipipe en parallèle à Meyrin, en Suisse, sur un bassin versant de 150 hectares (débit 1 m3/s) dont l’eau rejoint le lac de Vernes.

Logiquement, les solutions de prétraitement ou de traitement décentralisées se sont diversifiées. A côté des caniveaux de prétraitement développés par Birco (BIRCOpur®), Funke (D-Rainclean®) ou Hauraton (Drainfix® Clean), les chambres verticales de dépollution associant piégeage des MES et/ou adsorption des polluants dissous se sont multipliées : Nidatreatment de Nidaplast, Stoppol de Saint Dizier Environnement, First Defense® de Stradal et Hydro International et Certaro HDS de Wavin sont les plus répandues. Elles se caractérisent par leur compacité et leur facilité de mise en œuvre. Le décanteur hydrodynamique Certaro HDS de Wavin est ainsi jusqu’à 9 fois plus compact qu’un bassin de sédimentation et jusqu’à 4 fois plus compact qu’un décanteur lamellaire.

Des polluants qui évoluent

Le caniveau BIRCOpur® assure collecte, transport, filtration et traitement intégrés des eaux pluviales en un seul produit. Grâce à son sac filtrant interchangeable, il assure une rétention de plus de 80% des matières solides pouvant polluer la nappe phréatique (chlorure, cadmium, cuivre, calcium, magnésium, etc.). Les éléments filtrants du sac de filtration sont composés de charbons actifs et de billes de céramique. Les eaux de pluies sont ainsi traitées en combinant la fixation et l’absorption des polluants organiques et inorganiques, tels que les métaux lourds, hydrocarbures et les huiles dissoutes dans l’eau.

Les polluants contenus dans les eaux de ruissellement évoluent. Les pollutions aux hydrocarbures sont moins fréquentes aujourd’hui, de par la meilleure conception des moteurs et autres organes mécaniques qui perdent moins d’huile qu’auparavant. En revanche, les eaux de ruissellement tendent à se charger en HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), en métaux lourds, pesticides et autres microplastiques. Il faut alors mettre en œuvre des matériaux sorbant chimiquement actifs afin que ces polluants dissous ou agglomérés sur les particules puissent être captés.

Au-delà de son mécanisme hydrodynamique optimisé, l’Hydrosed active de Aco permet de réaliser une deuxième étape de traitement en retenant les polluants dissous ou les particules fines, grâce à
un processus physicochimique.

Rehau a ainsi conçu un système complet et modulaire de prétraitement des eaux de ruissellement combinant décantation et filtration des métaux lourds. L’unité HydroMaxx résulte de l’association de modules SediClean avec l’HydroClean AF, ce qui permet d’abattre également les métaux lourds tels que le cuivre, le zinc, ou le plomb. « Le principe consiste à faire passer l’eau polluée dans un substrat de granulats sous forme de billes qui, par adsorption, retient les métaux lourds dissous », explique Tiphaine Guillaume, qui s’appuie sur les recommandations allemandes de la DWA M153 en attendant les travaux de l’Afnor. A l’intérieur, la vitesse d’écoulement, très faible puisqu’elle est de l’ordre de 0,05 m/s, permet d’optimiser la cinétique de l’adsorption sur le filtre.

L’Hydrosed Active, développé par Aco, repose sur un principe analogue pour traiter les ions les plus courants tels que le cuivre, le zinc et le plomb. Paris en est l’exemple avec ses toits en zinc, métal qui charge les eaux usées après les orages et peuvent se retrouver en station d’épuration ce qui perturbe l’activité épuratoire des bactéries. 

Swedrop©, le filtre flottant commercialisé par Ajelis, élimine les hydrocarbures, les métaux lourds et de nombreuses autres substances dangereuses charriées par les eaux de ruissellement.

Ce décanteur hydrodynamique, est doté d’un filtre contenant un substrat développé pour retenir la quasi-totalité des substances dissoutes grâce à un processus physico-chimique. 

Plusieurs couches de substrat, chacune d’un diamètre de grain différent pour un tamisage très fin permet d’adsorber les particules fines en retenant les métaux lourds dissous grâce à un échange d’ions. L’Hydrosed active est qualifié pour le prétraitement d’un débit nominal de 5 litres/seconde.

Fraenkische propose également une gamme de solutions analogues avec son décanteur accéléré Sedipipe, seul système de prétraitement, à ce jour, sous avis technique du CSTB, pour les particules de moins de 200 µm. Son Sedipipe Substrator, un décanteur Sedipipe auquel est adjoint un regard de sortie équipé d’une cartouche à substrat Sedi-sorp permet de traiter les polluants dissous, dont les métaux lourds. Le constructeur allemand a ainsi installé 50 Sedipipe en parallèle à Meyrin, en Suisse, un bassin versant de 150 hectares dont l’eau rejoint le lac de Vernes, qu’il faut évidemment protéger.

« Il est également possible de mettre en place des marais flottants végétalisés qui vont favoriser la sédimentation et diminuer les concentrations en métaux et hydrocarbures au point de rejet », souligne Adrien Bouzonville chez Atmoterra.

Un exemple emblématique : le plomb

Le cas du plomb est spécifique car l’essence n’en contient plus, 72 % de son utilisation se concentre aujourd’hui dans les batteries. Résultat, « il n’est présent qu’en quantité très négligeable dans les ressources en eau superficielle et souterraine » selon le ministère de la Santé. Cependant en avril dernier, les stations de traitement des eaux usées de la région parisienne ont vu arriver un flux anormalement élevé de ce métal lourd et toxique. En cause, l’incendie catastrophique de la cathédrale Notre-Dame et la destruction de sa flèche largement constituée de plomb. Lors de l’intervention des pompiers, le plomb s’est dissous dans les eaux issues des pompes à incendie. 
Les nappes textiles Geocapt® d’Ajelis permettent de capter sélectivement les polluants et métaux sur une large gamme de concentrations allant de quelques centaines de milligrammes par litre à l’état de traces.

Or, dans l’urgence de la situation, aucun système de récupération n’a été mis en œuvre. Pas facile d’installer en urgence un décanteur, surtout en ces circonstances exceptionnelles… En revanche, il aurait été possible, avant de commencer à utiliser les lances à incendie, d’étendre directement au sol des rouleaux de 50 cm sur 10 m de textile adsorbant comme le propose Ajelis avec ses nappes dépolluantes Geocapt® présentées à Pollutec l’année dernière. « L’eau ruisselle librement au travers du textile non tissé dans lequel les ions métalliques sont piégés, expliquent Ekaterina Shilova et Pascal Viel, cofondateurs d’Ajelis. Ils sont placés en aval des chantiers de BTP pour les sécuriser comme le prévoient les cahiers des charges ou dans les bassins routiers ». En plus du plomb, les nappes textiles d'Ajelis captent le cuivre, le nickel, le zinc, le cadmium, le cobalt, le strontium, le chrome et le fer. C'est la nature textile des solutions d'Ajelis qui permet, avec une grande liberté, de les utiliser hors des conditionnements habituels des sorbants granulaires en cartouche ou en colonne.

L’Aquatextile TenCate GeoClean®, développé par TenCate Geosynthetics repose sur un principe analogue. Il en est même complémentaire puisqu’il est conçu pour dégrader les hydrocarbures. Comme l’expliquait Olivier Artières, Innovation Manager chez TenCate Geosynthetics, à la revue EIN (n° 416), « Sa structure se compose d’une première couche supérieure de couleur bleue dont la fonction est de fixer les hydrocarbures en phase diffuse ou libre puis de diffuser l’activateur de croissance qui va favoriser la biodégradation des hydrocarbures par les micro-organismes du sol qui vont coloniser la structure poreuse de l'aquatextile. La couche inférieure, de couleur blanche, permet quant à elle de conserver l’humidité nécessaire à la survie des microorganismes tout en constituant une réserve de rétention supplémentaire d’huile, en cas de pollutions accidentelle par exemple ». 

TenCate Geosynthetics se targue d’obtenir moins de 1 mg/l de teneur résiduelle d’hydrocarbures dans l’eau qui passe à travers son aquatextile, soit 5 fois moins qu’un séparateur à hydrocarbures de classe 1 selon la norme EN 858-1. Les hydrocarbures fixés sur la couche supérieure de l’Aquatextile bicouche sont biodégradés naturellement par un microbiote durable dont le développement est favorisé par la diffusion lente par ses filaments actifs de compléments de croissance naturels. Cette solution est sans entretien, écologique et durable.

Ne pas négliger la maintenance

Un lieu commun qui vaut toutefois d’être rappelé : tous les systèmes de traitement nécessitent, pour rester efficace dans le temps, une maintenance régulière, même légère. « La pérennité d’un système de traitement dépend fortement de son entretien », reconnaît Tiphaine Guillaume chez Rehau. Si les équipements ne sont pas, pas bien, ou pas suffisamment, entretenus, le risque de saturation ou de colmatage devient réel. Il ouvre alors la voie à une absence de traitement, voire, dans certains cas, à des relargages.
TenCate GeoClean® traite naturellement les hydrocarbures charriés dans les eaux de ruissellement. Installé sous la couche de roulement perméable ou sur les bas-côtés des surfaces circulées, l’aquatextile TenCate GeoClean® adsorbe sur ses filaments continus oléophiles plus de 99,9 % des fuites d’huile entraînées par l’eau de ruissellement. Elles sont biodégradées naturellement ce qui en fait une solution durable et sans entretien.

Conscients des contraintes auxquelles sont soumis les exploitants de ces équipements, les fabricants se sont attachés à alléger la maintenance au maximum tout en la facilitant.

Ainsi, pour son unité modulaire Rausikko HydroMaxx, Rehau préconise une vérification et un rinçage du filtre à une fréquence annuelle et un remplacement de la matière filtrante tous les quatre ans, sauf en cas d'événement accidentel qui nécessitera une intervention immédiate.

Quatre ans, c’est aussi la durée de vie de la cartouche de filtrage de l’Hydrosed Active de Aco qui se conforme ainsi aux principes d’homologation du DIBt (Deutsche Institüt fûr Bautechnik). La cartouche n’étant pas fixée dans la cuve, elle peut être retirée ou remplacée sans avoir à la dévisser comme s’il s’agissait d’un simple consommable. Il est donc possible de remplacer le filtre facilement et rapidement.