Faisable, nécessaire, exigé

Un réseau d’égouts mixte sans débordement devient un objectif réalisable

La digitalisation croissante des réseaux d’égouts et les possibilités de les réguler et de les optimiser de manière dynamique ouvrent des potentiels nouveaux et inattendus. Jusqu’à présent, aucune chaîne d’approvisionnement d’une entreprise industrielle n’était aussi mal surveillée que celle d’une station d’épuration, alors que les quantités d’eaux usées perdues sont dans l’intérêt de la société. Les nouvelles technologies offrent la possibilité d’améliorer cette situation – STEBATEC propose des solutions économiques qui permettent d’éviter les débordements et d’augmenter simultanément le transport des eaux polluées vers la STEP.

Il y a de quoi se poser des questions sur notre réseau d’égouts qui transporte des eaux usées très concentrées, qui lorsqu’il pleut, se mélangent à de l’eau de pluie plus ou moins propre, de telle sorte qu’elles débordent régulièrement en grande quantité. Même si une régulation dynamique du réseau d’égouts permet de réduire fortement les débordements, la situation reste insatisfaisante.

La population ne sait souvent rien, mais réagit avec détermination, voire indignation

Un récent sondage sur les médias sociaux (Facebook et LinkedIn) confirme une hypothèse qui a été émise lors de la journée portes ouvertes de STEBATEC début septembre. De nombreuses personnes ne savent pas ce qu’il advient des eaux usées – mais peu d’entre eux auraient même supposé qu’elles puissent être en partie déversées dans les cours d’eau sans être épurées. Voici les résultats de l’enquête:
Saviez-vous que les canalisations d’eaux usées débordent souvent directement dans les lacs et les rivières ? En cas de pluie, des quantités d’eau bien plus importantes que celles que les stations d’épuration peuvent traiter sont déversées dans les égouts. Une vingtaine de débordements majeurs et mineurs par an sont pris en compte dans la construction – il s’agit d’eaux usées non traitées ou grossièrement filtrées, parfois directement à côté de piscines.

Les réponses:

  • Quoi ?! Dégoûtant et inacceptable dans notre pays riche. 31%
  • Je suis déterminé à faire quelque chose à ce sujet. 23%
  • Les spécialistes des eaux usées comme moi savent qu’il n’y a pas d’autre solution. 31%
  • Peu importe ; j’espère avoir de plus gros poissons à l’hameçon. 15%

Si l’on exclut, pour une fois, les 31% de participants issus de domaines spécialisés, environ 33% des participants sont déterminés à faire quelque chose, ou que quelque chose doit être fait. 45% des participants qui ne font pas partie des spécialistes réagissent même avec indignation. A l’opposé, 22% des voix sont indifférentes au problème ou y voient peut-être même un avantage. 125 personnes ont participé à cette enquête.

Établir une situation factuelle basée sur des données de mesure

STEBATEC propose le système INKA basé sur un algorithme et assisté par un modèle et publie régulièrement depuis des années des données de mesure qui donnent des informations sur la fonctionnalité des systèmes installés dans les différents réseaux de canalisations. Il a ainsi été prouvé que, les jours de pluie, 1.76 tonnes de polluants DCO de plus sont traités par INKA à la STEP de Winznau, ce qui correspond à environ +22% en comparaison au mode statique, où ces quantités sont déchargées par les déversoirs. Dans le bassin versant d’Ulrichsberg, dans la région de Mühltal en Autriche, environ 67% de DCO en plus parviennent à la STEP avec INKA le 1er jour de pluie par rapport au fonctionnement statique, ce qui correspond à 552kg de DCO qui ne sont pas déversés dans les eaux.

Afin d’établir une certaine comparabilité avec d’autres systèmes, des possibilités d’évaluation ont été développées pour pouvoir comparer les différents systèmes (statiques/dynamiques) entre eux. Veuillez consulter à cet effet la publication dans la revue GWF Wasser Abwasser.

Grâce à l’exploitation optimisée et dynamique du réseau d’égouts, les débordements sont fortement réduits. Nous nous sommes déjà rapprochés de notre objectif déclaré d’empêcher complètement les débordements restants.

Figure 1 ; Le configurateur de réseau INKA avec barre d’outils dans l’interface utilisateur INKA, ce qui évite toute programmation spécifique au projet. Le configurateur de réseau permet de régler INKA pour chaque réseau de canalisations de manière à permettre une régulation dynamique, qu’il s’agisse d’un petit réseau de canalisations avec deux lignes d’arrivée et un seul bassin ou d’un réseau d’une grande ville avec d’innombrables ouvrages et de longs temps d’écoulement.  De plus, des possibilités simplifiées sont disponibles pour relier les constructions au niveau des données et du réseau.

La ville éponge, une chance pour la protection des eaux

Il y a des développements passionnants dans l’architecture pour le refroidissement et la protection contre les inondations des agglomérations. La construction de volumes de stockage supplémentaires avec des débordements dans le réseau d’égouts offre également un potentiel en termes de protection des eaux. Equiper le volume de rétention de simples vannes contrôlées de manière centralisée par INKA afin d’amener les volumes d’eau dans le système d’égout au bon moment et de libérer les volumes pour le prochain événement, empêcherait que ces mêmes quantités d’eau, mélangées à des eaux usées, ne soient déversées dans les eaux par des canalisations déjà surchargées.

Des études montrent que les eaux pluviales des rues, des immeubles et des places devraient être acheminées vers la STEP, car elles présentent une pollution considérable et méritent donc d’être traitées. Là encore, cela concerne davantage l’eau de pluie des 60 premières minutes jusqu’à ce que l’effet de rinçage soit passé, que les écoulements suivants.

Le scénario de vidange coordonné par INKA se distingue ensuite en deux groupes après l’événement pluvieux. Les volumes de rétention dont le contenu est utilisé pour refroidir l’environnement sont vidés peu avant le prochain événement pluvieux, en fonction des prévisions météorologiques. Les réservoirs des rues et des places sont vidés dès que la capacité du réseau d’égouts et de la STEP est disponible.

Zéro émission dans le réseau d’égouts avec INKA et la ville éponge intelligente

Une participation de l’association des eaux usées aux volumes de stockage locaux pourrait éliminer le problème sur les propriétés privées et industrielles, pour lesquelles, en raison de la pollution, ni l’infiltration ni le raccordement à un système de séparation n’est possible. Une solution serait de créer des incitations pour que les propriétaires privés et les entreprises industrielles qui rejettent les eaux de pluie dans le système d’égout construisent des réservoirs de stockage d’eau télécommandables. Voici une courte collection d’idées:

  1. Le permis de construire exige un volume de rétention avec une vanne qui peut être commandée par l’association des eaux usées / INKA (Illustration 2). Similaire à l’exigence pour les installations de traitement des eaux pluviales dans les entreprises industrielles dans divers cantons.
  2. Compensation unique de l’association des eaux usées / ville / commune pour la construction ultérieure du volume de rétention par m3 géré (par exemple CHF 500.-). Le volume supplémentaire à usage privé est promu/subventionné en même temps.
  3. Exonération des taxes sur les eaux usées pour l’utilisation de l’eau des réservoirs de rétention pour la chasse d’eau des toilettes et l’irrigation des jardins. Légalisation et promotion de ce concept.

 

Illustration 2 : Réservoir d’eau de pluie pour les propriétés privées ou industrielles avec un réservoir de stockage STEP séparé et centralisé, qui est automatiquement vidé avant la prochaine pluie. Les premières précipitations sont introduites dans le réservoir de stockage STEP qui, après remplissage, est fermé mécaniquement via un volet flottant. Des quantités supplémentaires d’eau sont déversées dans le réservoir d’eau de service ou introduites dans le plan d’eau via le débordement. Le croquis doit être compris de manière fonctionnelle – des solutions peu coûteuses sont disponibles avec des réservoirs préfabriqués en matériau léger.

Par exemple, alors que 50mm de pluie d’un orage modéré peuvent être retenus très facilement sur un toit plat, un toit en pente ou un espace d’une surface au sol de 200m2 nécessite une citerne ou similaire avec un volume pour stocker l’eau de pluie contaminée quantités (STEP) de 1m3 pour un événement moyen de 5mm, 6m3 pour de fortes pluies et 10m3 pour des orages modérés – en fonction des hypothèses sur les temps d’écoulement de l’eau de pluie polluée après le début des précipitations.

Traitement décentralisé de l’eau de pluie par manque de capacité des STEP

Il existe déjà une tendance à la mise en place de systèmes décentralisés de traitement des eaux pluviales, qui sont nécessaires car les quantités d’eau ne peuvent pas être traitées par les stations d’épuration pour des raisons de capacité. La capacité serait toutefois disponible avec un léger décalage après la fin de la pluie. Le traitement sur l’ARA est fondamentalement avantageux car un traitement bien meilleur est possible et dans certains cas, même la micropollution peut être éliminée de l’eau de pluie. Cette dernière est bien entendu dépendante du degré d’expansion technologique de la STEP.

La mise en place d’un réservoir pour l’eau de pluie polluée avec une vanne à commande centrale (llustration 2), qui assure l’évacuation vers la STEP lorsque celle-ci dispose des capacités, serait très efficace.

Système de drainage INKA pour routes et places publiques

Créer le volume de rétention requis au niveau du drainage des rues publiques et des places publiques nous semble plus facile que de le créer sur un terrain privé.

Selon Wikipedia, une averse moyenne et fréquente a une intensité de 5mm/h, une précipitation de 15mm pendant 1h a une fréquence d’environ une fois par an, une forte pluie de 30mm/h a une fréquence de 20 ans et un orage de 50mm/h a une fréquence de >100 ans.

Si ces quantités d’eaux usées routières devaient être stockées temporairement, à l’exemple d’une route de 10m de largeur, il faudrait comme solution optionnelle le long de la route, une conduite d’un diamètre NW250 pour retenir une pluie de 5mm (5 litres/m2 x10m de largeur = 50 litres par tronçon de route de 1m), respectivement une conduite NW450 pour retenir une pluie de 15mm, une conduite NW600 pour retenir une pluie de 30mm ou une conduite NW 800 pour retenir une forte pluie de 50mm.

Dans de nombreux endroits, il existe déjà des collecteurs sous les routes dont les dimensions peuvent être utilisées comme réservoir pour évacuer l’eau de pluie avec un certain retard dans les canalisations. Avec une régulation intelligente du débit, il est possible d’activer le volume de stockage au moment précis où la capacité du réseau d’égouts devient insuffisante en réduisant le débit en conséquence. Une augmentation de la quantité d’eau transférée aurait lieu lorsque le stockage est rempli et que les quantités d’eau qui s’écoulent nécessitent une augmentation ou lorsque la capacité du réseau de canalisations et de la STEP est disponible. Pour l’évacuation des eaux de chaussée de l’avenir, il serait même possible de construire des systèmes encore plus intelligents, qui n’augmenteraient que très peu les coûts de planification et de construction, en dimensionnant et en remplissant, conformément à l’illustration 3, le collecteur en fonction de la quantité d’eau polluée entrante et en acheminant directement vers le cours d’eau des quantités d’eau supplémentaires non polluées.

Illustration 3 : Exemple d’un système d’évacuation des eaux de chaussée géré par INKA avec une conduite de stockage pour retenir les eaux de chaussée polluées. Les vannes d’arrêt flottantes à fonctionnement purement mécanique ferment la conduite de stockage dès qu’elle est remplie et empêchent le ruissellement par mélange avec l’eau de pluie non polluée. Grâce à la vanne, la conduite de stockage est automatiquement vidée par INKA lorsque la capacité du réseau d’égouts et de la STEP est disponible, respectivement la vanne reste ouverte aussi longtemps que la capacité est disponible.

Le dimensionnement du volume de stockage des eaux pluviales polluées est judicieusement basé sur le principe de combien de temps après le début des pluies l’eau de drainage sera polluée, ou après quelle durée/quantité de pluie il ne faut plus espérer de polluants et selon des critères économiques. D’un point de vue pragmatique, le dimensionnement pourrait également être basé sur la quantité d’eau de pluie qui aurait atteint la station d’épuration dans le système existant / statique – l’amélioration consisterait simplement à ne pas mélanger les quantités supplémentaires avec les eaux usées et qu’elles se déversent dans les cours d’eau.

Voici un exemple de calcul:

  • Dans un bassin versant, la part des rues et places publiques raccordées aux égouts représente 75% de l’ensemble des surfaces raccordées. Celles-ci sont systématiquement drainées selon la proposition des illustrations 2+3.
  • Le bassin versant dispose d’un bassin de rétention existant qui peut absorber 5 mm de précipitations de l’ensemble des surfaces raccordées.
  • Grâce à la mise en œuvre complète du système de drainage proposé pour les rues et les espaces publics, dans lequel les volumes d’eau sont déconnectés ou ensuite introduits dans le système d’égouts lorsqu’il en a la capacité, la capacité de l’ensemble du système est augmentée à un point tel que le délestage n’aura pas lieu avant 20 mm/h de pluie au plus tôt, puisque le volume libéré dans le bassin d’eau de pluie est en plus utilisé pour les volumes de pluie dont l’afflux ne peut être influencé.
  • Si la proportion de rues et d’espaces publics est de 80 %, un débordement a lieu au plus tôt avec une précipitation de 25 mm/h.

Le résultat de l’exemple de calcul montre uniquement l’utilité de la gestion des eaux des routes et des places.  La situation est également favorisée si la zone n’est pas entièrement arrosée avec la même intensité, ce qui est en principe toujours le cas et augmente avec des précipitations plus fortes. Les avantages effectifs de la régulation dynamique du réseau d’égouts dépendent du bassin versant – le potentiel est de 5 à 15 mm de précipitations supplémentaires avant le premier débordement.

Dimensionnement et objectif sur la base des quantités de décharges effectives

En effet, il existe souvent une différence non négligeable entre les montants d’allègement attendus et les valeurs mesurées. L’irrigation inégale et le contrôle optimisé du réseau d’égouts favorisent l’ensemble du système. Le découplage des eaux pluviales non polluées via les déversoirs permet également de réduire le volume de rétention supplémentaire nécessaire. L’objectif pour la construction d’ouvrages de rétention supplémentaires devrait donc être fixé sur la base de données des mesures réelles et après la dynamisation et l’optimisation du réseau d’égouts.

L’objectif de pouvoir éviter totalement les débordements du réseau d’égouts et aussi traiter les eaux pluviales polluées sur la STEP est à notre sens atteignable. Au lieu de construire des systèmes de traitement décentralisés dans les bassins de rétention et sur les propriétés, des investissements seront faits dans les systèmes digitaux et dans la construction de volumes de rétention. Une période de mise en œuvre plus longue de 10 à 20 ans permettra de combiner et d’intégrer des mesures avec d’autres projets de construction. Les dépenses économiques et les besoins d’investissement ne changeront pas de manière significative, mais comme ils s’attaquent à la cause et non plus au traitement des symptômes, l’utilité et l’effet seront maximaux.

Pour éliminer complètement les délestages avec une augmentation simultanée des eaux polluées transportées vers la STEP il est nécessaire de combiner les mesures suivantes.

  1. Optimisation et dynamisation du système existant
  2. Enregistrement des données et évaluation du comportement effectif de la décharge
  3. Détermination des volumes de rétention supplémentaires requis (dimensionnement uniquement pour les quantités chargées)
  4. Activer ou, le cas échéant, créer des volumes de rétention et les gérer intelligemment
  5. Découplage des volumes d’eaux pluviales non pollués, afin qu’ils n’arrivent pas d’abord mélangés aux eaux usées dans les cours d’eau (parallèlement à l’ensemble du processus)
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