Le Surfsep est un ouvrage de prétraitement en ligne des eaux pluviales, conçu en Australie puis développé depuis dix ans, aux États-Unis, en Asie, et en Grande Bretagne. Il a été choisi pour l'assainissement de l'intégralité des réseaux pluviaux du site olympique de Sydney en Australie.
Le Surfsep utilise le principe de la séparation tangentielle en continu pour traiter les effluents. Il sépare et retient les polluants bruts en présentant l’effluent tangentiellement à une grille cylindrique de séparation, c’est le principe de la séparation tangentielle en continu. Ce procédé consiste à abattre la quasi-totalité de la fraction particulaire en suspension d'un effluent par son arrivée de manière tangentielle à une grille au sein de l’unité de traitement.
Les polluants bruts sont retenus dans la chambre par l’intermédiaire de la grille dont les ouvertures sont orientées obliquement et dans le sens de l’écoulement, permettant à l’eau de passer au travers de la grille dans le sens opposé et de repartir traitée à l’extérieur sans causer d’obstruction.
Principe de fonctionnement
Lors d’un événement pluvieux, les effluents chargés de macros déchets et de matières en suspension arrivent dans un premier temps dans la chambre de déversement. Ils sont ensuite déviés par le seuil oblique et conduits dans l'appareil par un canal d’amenée vers la grille de traitement. Une mise en place rapide assure l’efficacité du dispositif.
Seuil déversant fixe
Il permet de diriger prioritairement le débit consigné dans l'unité de traitement garantissant le débit maxi à traiter.
Détournement flexible
L'unité peut s’installer sur des conduites, des canaux à ciel ouvert... Chaque chambre de dérivation a été conçue pour by-passer sans risque le débit max.
Types de couverture
Il existe différents types de couvertures ou de tampons satisfaisants les spécifications y compris sous charge roulante (acier galvanisé, fonte).
Traitement en ligne
Cette caractéristique permet de ne traiter que le débit entrant dans la chambre de séparation. Les débits excédants sont bypassés, et ne perturbent pas la pollution piégée dans l'unité de traitement, évitant toute remise en suspension de la pollution déjà piégée au centre de l'appareil.
Grilles déflectrices
Les grilles ne se colmatent pas, elles permettent de dévier l'effluent devant la grille, combiné à un effet vortex ; elles permettent la séparation et garantissent un traitement en continu.
Forces vortex
Lorsque le flot pénètre dans l'appareil, du fait de la forme cylindrique de la grille, des forces vortex sont créées et l’envoient les matériaux vers le centre de l'unité. La chute de vitesse et la gravité autorisent une séparation gravimétrique. Les matériaux sont alors collectés en bas dans la fosse de stockage hors zone d'écoulement.
Stockage indépendant
La pollution capturée est stockée loin de la grille dans un panier ou une chaussette amovible ; elle ne réduit pas sa surface active, ce qui évite la remise en suspension et le relargage lors d'un nouvel événement pluvieux.
Chambre de dégrillage
Sépare la pollution véhiculée et assure un traitement maximum en continu.
Dans ce type d’écoulement, l’enroulement des veines liquides concentre continuellement les solides vers le centre et les éloigne ainsi de la grille, ce qui permet de ne jamais en obstruer les ouvertures.
La force exercée sur un objet par l'action circulaire de l’écoulement est sensiblement plus grande que celle provoquée par la différence de pression à travers l'écran de séparation, et qui serait susceptible d’entraîner les solides au travers de la grille et finalement de la colmater (cf. figures 2 et 3).
En effet, les analyses des vitesses au sein de la chambre de séparation obtenues à partir de simulations numériques (université de Portland) démontrent que les vitesses au sein de la chambre de séparation sont en moyenne quatre fois supérieures à la périphérie du vortex qu’en son centre.
La charge accompagnée d'une mise en vitesse va permettre de présenter les effluents à grande vitesse le long de la grille à l'intérieur de celle-ci.
Les effluents tourbillonnent alors et forment un vortex au centre de la grille. Une fraction de l'effluent va traverser la grille débarrassée de la pollution et repartir le long de cette dernière en sens inverse avant de franchir une cloison siphonique destinée à retenir les liquides légers restants, puis est restituée traitée au réseau.
Les solides contenus dans la chambre de séparation sont quant à eux maintenus au centre de la grille sous l'action de l’écoulement circulaire formant un vortex. C’est ce phénomène qui permet de maintenir les solides à l’écart des ouvertures de la grille, empêchant ainsi tout risque de colmatage. Les solides plus lourds décantent finalement dans le fond de la fosse de collecte où ils s'accumulent sans interférer avec l’écoulement principal, c’est-à-dire sans risque de relargage.
Leur extraction s’effectue par temps sec sur place au moyen d’hydrocureuses ou par grutage d’un filet spécialement conçu à cet effet.
Cette technique présente trois avantages :
- Une efficacité durable et constante, même pour les hauts débits (pas de colmatage) ;
- Des ouvrages simples et compacts avec un seul organe : une grille spéciale en inox ;
- Un coût de fonctionnement nul et un entretien peu fréquent et aisé.
Phénomènes internes
L’écoulement au sein de la chambre de séparation forme un vortex. Dans ce type d’écoulement, l’enroulement des veines liquides concentre continuellement les solides vers le centre et les éloigne ainsi de la grille, ce qui permet de ne jamais en obstruer les ouvertures.
Les solides se retrouvent donc concentrés au centre du vortex où les vitesses sont les plus faibles. Les objets flottants et liquides légers sont maintenus en mouvement continu à la surface de l'eau tandis que les polluants plus lourds, du fait de la diminution significative des vitesses, décantent et s'accumulent dans la fosse de collecte dans le fond de l'appareil.
La séparation tangentielle en continu au sein d’un Surfsep n’obéit pas aux lois d'une séparation classique qui, du fait de l’arrivée frontale des effluents sur la grille de séparation, provoque dans la plupart des cas un colmatage inévitable de cette dernière.
En effet, le mécanisme de séparation affectant les solides fins est autant influencé par la distribution de la vitesse du fluide dans la chambre de séparation, que par leurs vitesses de décantation. Elle permet par conséquent de piéger des solides plus petits que la taille des ouvertures de la grille.
Avantages de la technologie
Cette technologie combine en définitive la séparation tangentielle en continu, les forces vortex, et la décantation gravimétrique. Elle est avantageuse du fait de la simplicité de sa conception, de son fonctionnement sans apport d'énergie extérieure et de son faible coût. De plus, elle permet une séparation efficace des hydrocarbures libres ou fixés. Le Surfsep permet donc de traiter le mélange hétérogène que constitue la pollution des eaux de ruissellement car :
- il retient les déchets sans colmatage grâce aux propriétés de la séparation tangentielle en continu,
- il décante les solides grâce aux forces vortex (chute de vitesse au centre du vortex, augmentation du temps de séjour),
- il retient les liquides légers grâce à un temps de séjour accru dû à l’enroulement continu des veines liquides sur elles-mêmes et grâce à une cloison siphonide en sortie.
Sa simplicité d’exploitation et la compacité découlant de son principe de fonctionnement sont intéressantes en milieu urbain, là où bien souvent, l'espace disponible est restreint, ce qui rend difficile voire impossible la mise en place d’équipements traditionnels (séparateurs à hydrocarbures, décanteurs lamellaires...) beaucoup plus encombrants.
Performances
Le Surfsep permet donc de séparer les solides en suspension présents dans les rejets urbains de temps de pluie à des débits nominaux compris entre 1 et 700 l/s (on peut traiter jusqu'à 700 l/s par unité, mais on peut disposer plusieurs unités en parallèle ou bien en série avec alimentation par surverses successives). Les performances indiquées ci-dessous sont excellentes, étant donné le coût de mise en œuvre de l'appareil et sa simplicité de conception. Efficacité sur les polluants retenus :
- Déchets bruts (> 25 mm) : 99 %
- Flottants divers : 99 %
- SST : 50 %
- Hydrocarbures libres : 95 %
- Phosphate total : 20 %
- (Solides Solubles Totaux : particules en suspension).
En effet, dans les conditions optimales de fonctionnement, c'est-à-dire quand le débit admis est inférieur au débit maximum avant surverse du by-pass, la totalité des flottants et éléments dont le diamètre est supérieur à celui des ouvertures de la grille sont retenus dans l’appareil, ainsi qu’une fraction importante des solides en suspension totaux, même si la taille des particules est inférieure aux ouvertures de la grille.
Les hydrocarbures, pour la quasi-totalité, sont retenus à la surface de la chambre de séparation derrière la cloison siphonide qui précède la sortie.
La proportion des sédiments capturés est variable : elle dépend du débit admis dans l’unité, du type de grille choisi pour l'unité de traitement et de la taille des particules. La figure 8 montre le comportement d'une unité munie d'une grille de 600 mm de diamètre lorsqu’elle reçoit une eau chargée en sables dont les grains sont compris entre 150 et 600 µm.
Le suivi de nombreuses unités installées en Australie sur une période de trois ans, d'octobre 1997 jusqu'à septembre 2000, a permis, selon le rapport d’analyses de Peter Warren et Richard Jago en 2001, de quantifier, dans le tableau, les volumes de déchets recueillis annuellement en fonction du diamètre des chambres et de la surface des bassins versants raccordés.
Nota : une densité de 0,75 t/m³ a été appliquée pour estimer les volumes de matière totaux piégés dans les appareils.
Ces résultats sont donnés à titre indicatif. Ils dépendent des volumes récupérés et de nombreux facteurs tels que :
- la nature des activités et leur répartition sur le bassin versant raccordé, qui vont directement influencer la nature et le volume de déchets recueillis par le réseau avant d’être traités ;
- la nature du réseau va également intervenir, car en fonction de sa conception et de son état, il peut accumuler des dépôts, les restituer, comporter des branchements parasites d’eaux usées domestiques ou même
• La nature du bassin versant raccordé : surface, pente, imperméabilisation, forme…
Volumes recueillis annuellement
| Diamètre de l’unité (m) | Surface du bassin versant (ha) | Charge de polluants (kg/ha/an) | Charge de polluants (m³/ha/an) |
|---|---|---|---|
| 0,9 | 3,4 | 1 022 | 1,36 |
| 1,5 | 6,9 | 983 | 1,31 |
| 2,0 | 20,9 | 494 | 0,66 |
| 3,0 | 36,3 | 477 | 0,64 |
Clés de détermination d’un modèle
En règle générale, une unité est dimensionnée pour traiter 95 % du volume des pluies. La plage de débit que le Surfsep permet de traiter est importante, c’est pourquoi il existe plusieurs modèles dont les dimensions ont été définies en fonction des paramètres suivants :
D : diamètre de la grille,
H : hauteur de la grille
Tout modèle se caractérise par une ou plusieurs lettres précisant sa conception, son diamètre et sa hauteur de grille. Il existe actuellement deux grandes séries de Surfsep.
La façon dont ces modèles seront équipés du by-pass chargé de le protéger des débits exceptionnels va influer sur leur dénomination. Ainsi, pour un modèle dont le by-pass est intégré, la référence sera précédée de la mention SWI (Surface Water Inline), et pour les modèles à fort débit de surverse, le by-pass sera dissocié de l’unité et la référence sera alors précédée de SWO (Surface Water Online).
D’autre part, les modèles précédés d’un “P” sont préfabriqués en béton, les parois intérieures de la cuve sont recouvertes d’un revêtement en époxy double couche, “C” en béton coulé sur place, “F” pour fibres de verre. Il existe également une gamme de modèles en polypropylène, le reste des équipements est en acier inox 304 L ou 316 L.
À titre d’exemple, une unité dont la grille aura pour dimensions 0,7 m de diamètre et 0,8 m de hauteur, et dont la chambre de by-pass est indépendante, portera la référence : SWO 0708.
Options pour le nettoyage
Il existe trois alternatives pour enlever les déchets accumulés dans la fosse du Surfsep. L’une des méthodes de curage suivantes peut être utilisée pour sa maintenance. Le propriétaire peut choisir à tout moment l’option la moins chère pour la maintenance de son appareil.
Grue mécanique
La méthode la plus rentable est l’utilisation d’un excavateur mécanique. Le nettoyage grâce à un excavateur mécanique peut être effectué sans assécher l’unité de traitement. De plus, c’est une opération qui peut être effectuée par une seule personne dans la plupart des endroits. C’est une technique de nettoyage plus rapide, plus sûre et meilleur marché. Elle permet également une inspection évidente de la pollution qui a été capturée.
Aspiration
Le nettoyage par aspiration est employé dans la plupart des cas. Même si une méthode plus rentable est employée à intervalles plus courts, le nettoyage par aspiration est recommandé pour des unités CDS une à deux fois par an, de sorte qu’une inspection complète de la grille de séparation et la chambre inférieure puissent être effectuées.
Étude et mise en œuvre
La pose d’un Surfsep peut se faire en terrain sec directement sur un lit de gravier. Dans certains cas, elle peut être réalisée sur un lit en gros béton (béton de propreté). Le remplissage au pourtour est réalisé avec du sablon. Attention, les granulats pour remblayage doivent répondre à certaines critiques précises.
Chaussette amovible
Un panier ou une chaussette amovible peut être adapté si nécessaire. Il peut être soulevé à tout moment, sans besoin d’assécher l’unité de traitement. L’extrémité de la chaussette est ouverte. Elle est rabattue vers le haut et fixée avec des mousquetons. Lorsque l’on ouvre les mousquetons, il suffit de soulever la chaussette au-dessus d’une benne pour la vider. C’est également une méthode sûre et rentable de nettoyage.
Déblais pointus, anguleux peuvent poinçonner ou perforer les unités en fibres de verre.
Elle peut également se faire en terrain humide : l'unité est posée sur une dalle en béton, avec ancrage dans le cas d’appareils en fibre de verre.
Si les conditions de sol sont très mauvaises et que le niveau de la nappe est vraiment très haut, l’unité peut être entourée de béton.
La quantité de béton utilisée pour remblayer devra être suffisante pour contrecarrer la flottabilité de la cuve.
La durée de montage approximative est d'une journée.
