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La séparation tangentielle : un procédé de capture des macro-déchets et de dépollution des eaux pluviales

30 decembre 2018 Paru dans le N°417 à la page 101 ( mots)
Rédigé par : A. MORIN et F. SARTER de HYDROCONCEPT

Les rejets urbains par temps de pluie déversent des flux polluants parfois importants dans les milieux aquatiques superficiels et contribuent au mauvais état des masses d’eau. Les macrodéchets et les matériaux en suspension, en particulier, ne sont généralement pas correctement traités par les ouvrages classiques, alors qu’ils représentent une source de pollution importante. Hydroconcept a donc développé un équipement spécifique pour réduire ce type de pollution. Mis en service dans plusieurs collectivités, il a fait la preuve de son efficacité.

Depuis une vingtaine d’années, pécheurs, plongeurs et scientifiques lancent des alertes et observent une nouvelle forme de pollution du milieu naturel : les macro-déchets. Cependant, les ouvrages de traitement et de dépollution des eaux pluviales proposés à l’heure actuelle sont destinés soit à séparer des liquides légers par coalescence, soit à décanter les eaux collectées au sein de blocs lamellaires afin d'y retenir de fines particules. Aucun d’entre eux n’a été spécifiquement développé pour capturer la macro-pollution : déchets et particules grossières.

Traiter les eaux pluviales par séparation tangentielle

Généralités
Les matières polluantes véhiculées par les eaux de pluie sont très hétérogènes : macro-déchets (plastiques, mégots, canettes…), matières organiques (feuilles, déchets verts, déjections animales…), sables issus de l'érosion de la voirie ou déposés par les vents, matières en suspension chargées de matières polluantes (M.E.S), résidus d’hydrocarbures très peu), voire sels métalliques et produits chimiques solubles.
Études de mise au point du procédé
Face aux limites techniques ou économiques des procédés classiques, la société Hydroconcept a développé, au début des années 2000, un procédé original de séparation hydrodynamique, le Cyclonesep. Des études menées en collaboration avec l'ENGEES et le laboratoire de l'Institut de Mécanique des Fluides de Strasbourg ont permis d'identifier et de quantifier les phénomènes hydrauliques mis en jeu sur une unité pilote. Une approche par modélisation tridimensionnelle multi-échelles a permis de reproduire ces phénomènes et définir les clés du dimensionnement des appareils. Une unité de terrain, installée sur le réseau séparatif de Trouville-sur-Mer (14), a ensuite été instrumentée et contrôlée.

Le principe mis en œuvre repose sur la séparation tangentielle en continue à la surface d’une grille. Pendant le fonctionnement du Cyclonesep, l’effluent tourne de nombreuses fois autour de la grille avant de la traverser. Les macro-déchets sont ainsi balayés continuellement devant la surface de la grille. Les matières en suspension ne franchissent pas la grille et décantent peu à peu au fond de l'appareil. Quant aux hydrocarbures légers occasionnels, ils sont piégés à la surface de l'eau grâce à une sortie en siphon positionnée au fond de l'appareil. Le Cyclonesep est donc un équipement polyvalent qui présente l’avantage de prendre en compte l'hétérogénéité des rejets urbains de temps de pluie. Contrairement aux procédés classiques, ses performances ne reposent pas sur le traitement d’un polluant en particulier. En revanche, le Cyclonesep retient tous les macro-déchets de dimension supérieure à 2 ou 4 mm (selon la maille de la grille). Ses performances de traitement sur les MES sont de l'ordre de 50 % à comparer à 75-80 % pour un décanteur lamellaire. De plus, une unité de séparation tangentielle est beaucoup plus compacte, (une cuve de 4 m de diamètre peut traiter 0.5 m³/s), ses équipements sont restreints à une grille cylindrique et un déflecteur hydraulique en inox. L’investissement consenti est donc plus faible par rapport aux autres solutions, mais il est aussi plus juste.

Exemple de réalisation : la ZAC de Lyon Confluence

Localisation
Ancienne zone industrielle, la ZAC de Lyon-Confluence représente un important potentiel d’expansion urbaine pour la capitale des Gaules. Elle fait l’objet d’une démarche de développement durable exemplaire qui concerne les moyens de déplacement, la dépollution des sols, la reconquête de la biodiversité et la gestion des eaux pluviales. La ZAC est située au sud de Lyon et est délimitée par la confluence des deux fleuves : la Saône et le Rhône. C’est une zone d’activités multifonctions qui s’étend sur 150 ha. Le tramway reliera la presqu’île au reste de l’agglomération. Un parc paysager sera aussi créé le long des rives.
Le Cyclonesep : une cuve en béton, une cage recouverte d’une grille et de l’eau en mouvement.

La zone est divisée en quatre secteurs. Le secteur couvert par le Cyclonesep représente la partie la plus au sud de la ZAC (secteur n° 4) et couvre 35 ha. Les réseaux EP sont orientés vers le quai Perrache et se rejoignent dans un collecteur en DN1200 enterré sous le quai.

Le collecteur se déverse dans le Rhône après un cheminement gravitaire. Il n’y a pas de station de pompage par temps de crue. L’unité de traitement des eaux pluviales est située au bord et à l’est du quai Perrache, le long de l’autoroute A7, à l’intersection de la rue Duployé. L’emprise disponible est ainsi réduite et se trouve sous une zone de circulation.
Mise en œuvre du Cyclonesep - ZAC de La Confluence
à Lyon 2015.

Objectifs de traitement

  • Traiter les eaux pluviales à concurrence de 579 l/s (pluie de 2 mois – modélisation sous Canoé – données pluviométriques du Grand Lyon) soit 16,5 l/s par ha.
  • Construire une unité de traitement en sol pollué, raccordée à un collecteur profondément implanté par rapport à la nappe et avec des obstacles souterrains (anciennes darses) et aériens (sous le quai Perrache et limité par l’A7 coté Rhône).
  • Contribuer à la réduction des rejets polluants au milieu naturel, en zone urbanisée et empêcher le colmatage du collecteur.

Les objectifs de l’unité de traitement sont de dessabler les eaux pluviales, de séparer les macrodéchets avec un seuil de coupure de 4 mm, de piéger un déversement accidentel d’hydrocarbures, et de retenir autant que possible une fraction des matières en suspension les plus denses et les plus grossières.

L'unité de traitement
Elle comprend un ouvrage déversoir de forme parallélépipédique avec seuil oblique de trop plein, accolé à une cuve cylindrique (4 m de diam. Intérieur) où a lieu la séparation tangentielle en continue autour d’une grille. Ce mode de traitement consiste à diriger les effluents tangentiellement à la surface d’une grille de telle sorte que la vitesse d’écoulement entraîne les matières solides et empêche le colmatage de la grille. Les macro-déchets restent en surface ainsi que les hydrocarbures. Les matières solides décantent au fond de la cuve.

Le Cyclonesep : Une cuve en béton, une cage recouverte d’une grille et de l’eau en mouvement.

Le Cyclonesep a fait l’objet d’une étude hydraulique à l’ENGEES de Strasbourg (thèse de Doctorat de V. Schmidt Déc. 2013) et de divers articles dans des revues scientifiques (La Houille Blanche, TSM, Water Science Technologie, JHR). La forme de la grille génère un effet de surface qui favorise le glissement des particules. Elles restent ainsi en suspension. Le temps de séjour dans la cuve permet ensuite leur décantation. Cela explique pourquoi la grille ne se colmate pas et pourquoi les performances en séparations sont élevées malgré un régime d’écoulement turbulent.
Exploitation
L’exploitation du Cyclonesep s'avère très simple. Les interventions se déroulent en quatre étapes. En premier lieu, elles nécessitent le pompage des eaux jusqu'au pied de la grille avec renvoi éventuel dans le réseau des eaux usées. Suit le pompage des boues et des déchets à l'aide d'un camion hydrocureur, et le nettoyage de la grille au jet d'eau haute pression. Enfin, une remise en eau claire de l'appareil est effectuée. Seules deux interventions par an sont nécessaires, limitant ainsi les coûts d'exploitation.
Les collectivités qui ont installé un ou plusieurs appareils ne rencontrent pas de difficulté particulière. En effet, lorsque les exploitants soulèvent les tampons, aucun obstacle n’empêche l'accès direct aux matières polluantes accumulées au fond de l'appareil.
Ainsi, cette solution équipe déjà depuis 2010 les villes de Trouville-sur-Mer et de Deauville, la commune de Sainte-Cécile plage (2011), la Communauté d'Agglomérations d'Orléans à Saint-Mesmin (2012), la ville d'Etampes (2013), et la ZAC de la Confluence à Lyon (2015). L'unité de Saint-Mesmin traite par exemple 500 l/s. Sa cuve de 4 m de diamètre par 6 m de profondeur possède une capacité de 40 m³. Installée au printemps 2012, elle traite les effluents collectés par un réseau séparatif pluvial d'un bassin versant de 95 hectares.

L'appareil est placé à l'entrée d'un poste d'écrêtement qui relève les eaux pluviales vers des bassins tampons paysagers avant rejet dans le Loiret. D'autres Cyclonesep sont aujourd’hui à l'étude ou en cours de réalisation (Chartres, Toulouse…).

Conclusion

Les dispositifs existants permettant de retenir les macrodéchets mettent généralement en œuvre une technique peu adaptée : l’arrivée des eaux pluviales se faisant frontalement à un champ de grilles, cela conduit à un colmatage rapide tout en causant des interventions coûteuses.

Quant aux équipements destinés à intercepter les matières en suspension, ils sont souvent de grandes dimensions et leur coût d'exploitation reste élevé. C'est pourquoi nous avons développé le Cyclonesep dans le but d’intercepter les matières en suspension et les macrodéchets qui sont aujourd'hui entraînés par les eaux de pluies dans les réseaux, et qui rejoignent ainsi les cours d’eau, les mers et les océans.

Depuis une dizaine d'années, le Cyclonesep équipe déjà plusieurs collectivités en France, et il a fait ses preuves tant au plan technique que sur le plan économique.  









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