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Eau claire parasite (HU) : Différence entre versions

De Wikibardig
(En guise de conclusion)
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''<u>Traduction anglaise</u> : Infiltration and inflow - I/I''
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<u>Dernière mise à jour</u> : 10/3/2020
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<u>Dernière mise à jour</u> : 02/11/2022
  
Eau claire, présente en permanence ou par intermittence dans les systèmes de collecte. On parle souvent uniquement d'ECP.
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Eau claire présente en permanence ou par intermittence dans les systèmes d'assainissement alors qu'elle ne devrait pas s'y trouver ; on utilise souvent le diminutif ECP.
  
 
==Origine des eaux claires parasites==
 
==Origine des eaux claires parasites==
  
Ces eaux sont d'origine naturelle (captage de sources, drainage de nappes, fossés, inondations de réseaux ou de postes de refoulement…) ou artificielle (fontaines, drainage de bâtiments, eaux de refroidissement, rejet de pompe à chaleur, de climatisation…).
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Ces eaux sont d'origine naturelle (captage de sources, drainage de nappes, fossés, inondations de réseaux ou de postes de refoulement, etc.) ou artificielle (fontaines, drainage de bâtiments et de parkings souterrains, [[Eau d'exhaure (HU)|eaux d’exhaure]] de chantiers, eaux de refroidissement, rejet de pompe à chaleur, de climatisation, etc.).
  
===Différents types d'ECP===
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===Cas des réseaux unitaires et eaux pluviales===
  
On distingue généralement 3 types d'ECP :
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Dans les réseaux unitaires, on distingue généralement trois types d'ECP :
* Les ECP permanentes ou saisonnières : elles peuvent être dues à des captages de source, à des drainages permanents de nappe, à des fuites d'eau potable, ... Leur principale caractéristique est qu'elles sont sensiblement constantes au cours du temps (elles peuvent cependant présenter des fluctuations saisonnières).
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* <u>Les ECP permanentes ou saisonnières</u> : elles peuvent être dues à des captages de sources, à des drainages permanents de nappes, à des fuites d'eau potable, etc. Leur principale caractéristique est qu'elles sont sensiblement constantes au cours du temps (elles peuvent cependant présenter des fluctuations saisonnières).
* les ECP événementielles : elles sont directement liées aux événements pluvieux et correspondent le plus souvent à des infiltrations d'eau de surface qui se sont accumulées dans les tranchées autour des conduites. Elles se prolongent généralement quelques jours après les précipitations importantes avec une décroissance régulière.
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* <u>les ECP événementielles</u> : elles sont directement liées aux événements pluvieux et correspondent le plus souvent à des infiltrations d'eau de surface qui se sont accumulées dans les tranchées autour des conduites. Elles se prolongent généralement quelques jours après les précipitations importantes avec une décroissance régulière. On parle souvent du phénomène de « [[Ressuyage (HU)|ressuyage]] ».
* les ECP accidentelles : elles sont dues à des événements spécifiques plus ou moins prévisibles : crues de rivières, pompage de nappe pour des travaux, vidange de piscine, ...). Elles se manifestent de façon plus ou moins aléatoire et sont très difficilement prévisibles.
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* <u>les ECP accidentelles</u> : elles sont dues à des événements spécifiques plus ou moins prévisibles : crues de rivières, pompage de nappe pour des travaux, vidange de piscine, etc. Elles se manifestent de façon plus ou moins aléatoire et sont très difficilement prévisibles.
  
Une autre distinction est souvent faite entre le ECP de captage (EPC) et les ECP d'infiltration (EPI).
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Ces eaux viennent se rajouter aux eaux pluviales et, dans le cas des réseaux unitaires, aux eaux usées (''figure 1'').
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[[File:hydrogramme_differents_types _ecp.JPG|800px|center|thumb|<center>''<u>Figure 1</u> : Différents composantes d'un hydrogramme dans un réseau unitaire.''</center>]]
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===Cas des réseaux séparatifs eaux usées===
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Dans le cas des réseaux eaux usées stricts on divise souvent les ECP événementielles entre :
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* <u>les ECP de captage (EPC)</u> qui peuvent par exemple correspondre à un ruissellement direct et qui arrivent rapidement dans le réseau après une période pluvieuse, généralement du fait de mauvais branchements ; ces effluents n'ont cependant pas toujours été considérés comme des eaux parasites, car des branchements d’eaux pluviales au réseau d’eaux usées ont parfois été réalisés volontairement, en particulier pour favoriser l'[[Autocurage (HU)|autocurage]] ; c'est encore le cas dans certains réseaux dits pseudo-séparatifs,
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* <u>les ECP d'infiltration (EPI)</u> qui correspondent au drainage des sols et qui arrivent de façon retardée (Breil ''et al.'', 1993).
  
 
==Conséquences des ECP sur le fonctionnement des réseaux et des stations d'épuration==
 
==Conséquences des ECP sur le fonctionnement des réseaux et des stations d'épuration==
  
Les ECP augmentent les débits et diluent les eaux usées. Elles pénalisent donc fortement le fonctionnement des eaux parasites. Par ailleurs elles augmentent les dépenses énergétiques dès lors que les systèmes d'assainissement sont munis de stations de pompage. Dans certains cas elles peuvent même contribuer à augmenter la durée et le volume des rejets par les déversoirs d'orage.
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Les ECP augmentent les débits et diluent les eaux usées. Elles pénalisent donc le fonctionnement des stations d'épuration. Par ailleurs elles augmentent les dépenses énergétiques dès lors que les systèmes d'assainissement sont munis de [[Station de pompage (HU)|stations de pompage]]. Dans certains cas elles peuvent même contribuer à augmenter la durée et le volume des rejets par les [[Déversoir d'orage (HU)|déversoirs d'orage]].
  
Les eaux parasites d'infiltration peuvent également contribuer à déstabiliser les conduites en entrainant les matériaux sur les quels elles sont posées.
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Les [[Eau parasite d'infiltration (HU)|eaux parasites d'infiltration]] peuvent également contribuer à déstabiliser les conduites en entrainant les matériaux sur lesquels elles sont posées.
  
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==Modélisation des eaux claires parasites==
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Du fait du caractère involontaire et imprévisible des eaux claires parasites, leur modélisation est obligatoirement fondée sur des mesures permettant de caler les modèles. On distingue généralement :
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* <u>une composante d'ECP permanente</u>, que l'on peut représenter par exemple par des valeurs moyennes mensuelles pour tenir compte des variations saisonnières ;
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* <u>une composante d'ECP événementielle</u>, que l'on peut représenter par deux paramètres :
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** '''une valeur de débit pendant la durée de la pluie''', fonction de la hauteur antécédente de pluie précipitée ; la relation entre la valeur de débit et la hauteur antécédente de précipitation peut être linéaire ou plus généralement de type exponentiel croissante ; le débit d'ECP est ainsi maximum à la fin de la pluie ;
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** '''un coefficient de décroissance''' en fonction du temps à partir de la fin de la pluie, généralement choisi pour que le débit d'ECP dure entre 1 et 5 jours après la pluie selon l'importance de la précipitation ; la décroissance peut être linéaire ou présenter une forme asymptotique (exponentielle ou hyperbolique).
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<u>Nota</u> : il est possible d'affiner encore la représentation des ECP événementielles en utilisant une (voire plusieurs) surface(s) d'apport complémentaire(s) représentée(s) par exemple par un ou plusieurs [[Réservoir linéaire (modèle du) (HU)|réservoir(s) linéaire(s)]] associé(s) à une (ou plusieurs plus ou moins) grande(s) valeur(s) de [[Lag time (HU)|lag time]].
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La plupart des ECP accidentelles sont par nature totalement imprévisibles et ne peuvent généralement pas être modélisées de façon prévisionnelle. Les intrusions d'eau de rivière peuvent cependant être reliées au niveau d'eau dans le cours d'eau.
  
 
== Estimation des débits d'eaux claires parasites==
 
== Estimation des débits d'eaux claires parasites==
  
De Bénédittis (2004) a recensé 15 méthodes différentes d’estimation des ECP. Ces méthodes reposent sur deux principes généraux :  
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Le calage des modèles précédents (ou l'estimation directe des quantités d'ECP) nécessite d'être capable de reconnaître la part d'eaux claires parasites dans le débit qui s'écoule à un moment donné dans le réseau d'assainissement.
* principe (1) : en temps sec, le débit d'ECP correspond à la différence entre le débit total de temps sec et le débit d’eaux usées strictes. Ce dernier peut être apprécié en fonction de la consommation journalière en eau potable, du nombre d’habitants (méthodes débitmétriques) ou de mesures de polluants caractéristiques des eaux usées domestiques (DBO, DCO, MES, etc) (méthodes chimiques).   
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* principe (2) : le débit d’eaux usées strictes est faible en période nocturne, le débit d’ECP est donc proche du débit nocturne minimum. Pour les réseaux étendus (et/ou de pente faible), certaines méthodes utilisent un coefficient de correction pour tenir compte d’un débit résiduel nocturne d’eaux usées strictes.   
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===Cas des périodes de temps sec===
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====Diversité des méthodes====
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Pendant les périodes de temps sec (lorsque le débit d'eau pluvial a fini de s'évacuer) circulent uniquement des eaux usées et des eaux parasites. Il est alors possible de distinguer ces deux types d'eau. Reprenant en partie les travaux de Belhadj (1994), De Bénédittis (2004) a par exemple recensé 15 méthodes différentes permettant cette distinction. Ces méthodes reposent sur deux principes généraux :  
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* <u>Principe (1)</u> : Pendant les périodes de temps sec, le débit d'ECP correspond à la différence entre le débit total de temps sec et le débit d’eaux usées strictes. Le débit d'eau usée strict peut lui même être apprécié par deux familles de méthodes :
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** '''méthodes débitmétriques''' : le débit d'eau usée strict est calculé en fonction de la consommation journalière en eau potable et/ou du nombre d’habitants ;
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** '''méthodes chimiques''' : le débit d'eau usée strict est calculé en fonction des débits massiques de polluants caractéristiques des eaux usées domestiques ([[Demande biochimique en oxygène / DBO (HU)|DBO]], [[Demande chimique en oxygène / DCO (HU)|DCO]], [[Matières en suspension / MES (HU)|MES]], [[Azote total Kjeldahl / NTK (HU)|Azote total Kjeldahl]], etc.) (avec l'hypothèse que la concentration des eaux claires parasites est nulle pour chacun de ces indicateurs).   
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* <u>Principe (2)</u> : Le débit d’eaux usées strictes est faible en période nocturne, le débit d’ECP est donc proche du débit nocturne minimum. Pour les réseaux étendus (et/ou de pente faible), certaines méthodes utilisent un coefficient de correction, parfois appelé coefficient d’épuisement, pour tenir compte d’un débit résiduel nocturne d’eaux usées strictes (voir § suivant).  
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Certaines de ces 15 méthodes peuvent utiliser simultanément ces deux principes généraux, ce sont des méthodes dites « hybrides ».
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====Préconisations====
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Parmi toutes ces méthodes, la plus simple et la plus pertinente nous semble être la méthode du rapport nycthéméral qui est rapidement présentée ci-dessous (Savary, non daté).
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Le rapport nycthéméral <math>n</math> est défini par la relation :
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<center><math>n = Q_n / Q_j \qquad (1)</math></center>
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avec :
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* <math>Q_n</math> : Débit moyen nocturne par temps sec ;
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* <math>Q_j</math> : Débit moyen diurne par temps sec.
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Le débit moyen nocturne est généralement établi sur une période de durée <math>dn</math> comprise entre 6 et 8 heures. Le débit moyen diurne l’est alors sur une période de 18 à 16h. Pour des réseaux longs et plats, une durée de 6 heures est mieux adaptée.
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On peut relier la valeur du rapport nycthéméral à la proportion d’eaux parasites véhiculées par le réseau grâce à la formulation suivante :
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<center><math>\frac{V_p}{V_j} = \frac{24.(n - n_0)}{(24 - d_n + n.d_n).(1 - n_0)} \qquad (2)</math></center>
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avec :
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* <math>V_p</math> : Volume journalier d’eaux parasites véhiculé par temps sec,
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* <math>V_j</math> : Volume journalier d’effluents par temps sec,
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* <math>n</math> : Rapport nycthéméral,
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* <math>n_0</math> : Rapport nycthéméral représentatif d’un réseau sain (exempt d’eaux parasites),
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* <math>d_n</math> : Durée de la période nocturne (en heures).
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Les rapports nycthéméraux considérés comme représentatifs d’un réseau sain, se situent, par expérience, aux alentours de :
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* 0,12 à 0,15 pour <math>d_n</math> = 6 heures,
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* 0,20 à 0,25 pour <math>d_n</math> = 8 heures.
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A l'aval de réseaux drainant de faibles populations, des valeurs du rapport nycthéméral nettement inférieures à 0,15 peuvent être observées en l'absence d'ECP.
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En cas de doute ou d'études à enjeux, il est fortement conseillé de mettre en œuvre différentes méthodes ce qui permet d'une part d'affiner le résultat et d'autre part d'estimer la marge d'incertitude.
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===Cas des périodes pluvieuses===
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Le débit d'ECP événementiel doit également être évalué pendant les périodes de pluie, ou juste après les périodes de pluie.
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Il est relativement simple de déduire du débit total la part des ECP saisonnières du fait de leur évolution lente dans le temps. Il est également assez facile de déduire le débit de temps sec dont les fluctuations sont relativement identiques d'une journée à l'autre (avec toutefois des variations entre jours ouvrés et jours non ouvrés et de congés). La différentiation entre les eaux pluviales issues d'un apport direct au réseau et les eaux parasites événementielles est beaucoup plus difficile car la nature physico-chimique de ces deux types d'eaux est relativement proche (même si les eaux parasites d'infiltration sont moins chargées en polluants et en particulier en [[Matières en suspension / MES (HU)|MES]]).
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De ce fait la distinction est souvent faite de façon arbitraire en considérant que les ECP événementielles sont égales au débit total moins la somme des débits des trois autres types d'eau (Eaux usées, Eaux pluviales et ECP permanente), le débit d'eau pluvial étant estimé à partir d'une modélisation mathématique.
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L'utilisation de méthodes d'[[Assimilation des données (HU)|assimilation des données]] pour caler simultanément les paramètres du modèle de représentation des eaux pluviales d'une part, et du modèle de représentation des ECP événementielles d'autre part, permet d'améliorer sensiblement les résultats.
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==Recherche et élimination des Eaux Claires Parasites en excès==
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===Pourquoi éliminer les ECP ?===
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Les eaux parasites posent différents problèmes dans le fonctionnement des réseaux d'assainissement :
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* Elles augmentent le débit qui circule dans les réseaux et arrive aux stations d’épuration, ce qui peut notamment conduire à :
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** limiter la capacité effective du réseau vis-à-vis des eaux strictement usées que l’on souhaite collecter ;
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** diluer les effluents arrivant à la station d'épuration et diminuer son efficacité ;
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** faire fonctionner, par temps de pluie, plus souvent et sur de plus longues périodes, les déversoirs d’orage et trop-pleins situés sur ces réseaux et les postes de relèvement s’y trouvant, ainsi que les by-pass en tête de station d’épuration,
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** accroître la vitesse ascensionnelle des effluents sur les ouvrages de décantation et clarification, et donc à diminuer leur performances, voire à augmenter le risque de départs de boues biologiques vers les milieux récepteurs ;
 +
** consommer plus d’énergie électrique au niveau des ouvrages de pompage situés sur les réseaux et stations d’épuration.
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* Elles augmentent les risques d’exfiltration d’eaux usées vers la nappe en cas de mauvais état du réseau.
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Par ailleurs leur présence est souvent également le signe d'une dégradation du réseau et constitue donc un symptôme à prendre en compte pour éviter que cette dégradation ne prenne de l’ampleur.
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Notons cependant, et ce particulièrement dans le contexte de baisse de consommation d’eau constatée ces dernières années, qu’une présence maîtrisée d’ECP peut parfois contribuer à favoriser l’[[Autocurage (HU)|autocurage]] de certains réseaux d’eaux usées, mais aussi contribuer à réduire les risques de formation d’[[Sulfure d'hydrogène / H2S (HU)|H<sub>2</sub>S]] ou de composés susceptibles d'engendrer de mauvaises [[Odeur (HU)|odeurs]], voire de [[Méthane (HU)|méthane]].
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===Comment éliminer les ECP ?===
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Du fait des problèmes posés par les ECP, on cherche souvent à les limiter de façon à améliorer le fonctionnement du système d'assainissement. Pour ceci il est nécessaire de savoir de quelle façon et à quel endroit ces eaux sont introduites dans le réseau. Les méthodologies suivies pour atteindre ce but utilisent le plus souvent le travail fondateur de Ranchet ''et al.''(1982). Elles se décomposent en trois phases successives :
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* diagnostic global du système d’assainissement dans les zones où les eaux parasites sont observées : visites de terrain, choix des sites de mesure et mise en place d'une campagne de mesures si possible longue pour bien prendre en compte les variations saisonnières et événementielles.
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* Analyse des chroniques pluie-débit fournies par les mesures au pas de temps horaire ou journalier (et des mesures de polluants si disponibles) : quantification des apports et répartition par secteurs géographiques et par type d’eaux parasites ; localisation des zones prioritaires a priori les plus défectueuses.
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* Analyse détaillée des zones prioritaires par l’emploi de techniques spécifiques :
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** [[Test à la fumée (HU)|tests à la fumée]] pour localiser les branchements non conformes d’eaux pluviales sur les réseaux séparatifs eaux usées (analyse amont->aval et aval->amont);
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** [[Traçage (HU)|traçage]] (en général au colorant) pour localiser les branchements erronés (analyse uniquement amont->aval) ;
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** [[Inspection télévisée / IT (HU)|inspections télévisées]] pour localiser des défauts structurels.
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Ces trois phases d’investigation sont suivies par une phase d’étude et de comparaison des différentes solutions permettant de réduire l’impact des eaux claires parasites sur les réseaux d’assainissement afin d’élaborer un programme d’aménagement.
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Ces investigations détaillées réalisées lors d’une étude diagnostic ou de l'élaboration d’un [[Schéma directeur d’assainissement (HU)|schéma directeur]] doivent ensuite être complétées dans la durée dans le cadre d’un [[Diagnostic permanent (HU)|diagnostic permanent]]. Ce suivi sera réalisé a minima à l’aide des données d’[[Autosurveillance (HU)|autosurveillance]] journalières en entrée d’usine de traitement, mais éventuellement aussi au droit de certains points caractéristiques du réseau, en amont desquels des problèmes ont été identifiés.
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===Est-il possible et nécessaire d'éliminer systématiquement toutes les ECP?===
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====Est-ce économiquement possible ?====
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Au début des années 1980, la forte prise de conscience des problèmes posés par les eaux claires parasites fut à l'origine d'une chasse systématique. Des investissements parfois conséquents furent parfois consentis, mais avec des résultats très inégaux, voire décevants.
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Les bilans menés après travaux ont ainsi souvent montré que la réduction des intrusions d’eaux parasites était inférieure à ce qui avait été envisagé. La raison principale semble être due au fait qu'une part importante des ECP provient des branchements des particuliers. Dans ce cas, une réhabilitation se limitant aux seuls réseaux publics, n’a évidemment qu’un faible résultat.
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Pour cette raison, on a aujourd'hui des approches plus pragmatiques visant principalement l'élimination des apports importants et faciles à éliminer, c'est-à-dire ponctuels (casses de réseaux, captages de sources, ou fossés, ou ruisseaux, chasses coulant sans interruption, etc.) et clairement identifiés.
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La lutte contre les apports diffus est beaucoup plus difficile et coûteuse et sa mise en œuvre doit être réfléchie, en particulier en mettant en balance le coût de l'élimination des ECP avec le surcoût (principalement en termes de dépenses énergétiques) associé à leur présence.
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====Est-ce toujours nécessaire ?====
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Par ailleurs, certains des risques associés à la présence des ECP ont probablement été exagérés. Plus encore, leur réduction excessive peut poser de nouveaux problèmes : réduction de la capacité d’[[Autocurage (HU)|autocurage]], augmentation de la [[Septicité des effluents (HU)|septicité des effluents]], risque d'[[Odeur (HU)|odeurs]], débit devenant inférieur au débit minimum requis pour le bon fonctionnement de certains processus épuratoires, etc.
  
Certaines de ces 15 méthodes peuvent utiliser simultanément ces deux principes généraux, ce sont des méthodes dites « hybrides ».
+
====En guise de conclusion====
  
==recherche des sources d'ECP ==
+
Finalement la bonne question consiste donc à choisir la quantité acceptable, voire souhaitable, pour le fonctionnement du système d’assainissement. Cette question ne peut trouver qu'une réponse locale, appuyée sur deux éléments de réflexion :
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* rechercher l'équilibre entre les avantages et les inconvénients associés à la présence des ECP ;
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* mettre en balance le coût de leur élimination avec le surcoût éventuel associé à leur présence.
  
Les méthodologies suivies pour rechercher les sources d'ECP utilisent le plus souvent le travail de Ranchet et al.(1982). Elles se décomposent ne trois phases successives : est composée de trois phases successives :
+
En revanche, la recherche de la présence et de l'origine des ECP reste nécessaire, en particulier parce que la non-étanchéité des réseaux est souvent le signe précurseur de leur dégradation : fissures qui vont s’aggraver, intrusions d’eau par les joints ou les fissures pouvant être suivies d’intrusions de racines qui obtureront et/ou éclateront la canalisation, et bien sûr casses de réseau.
* diagnostic global du système d’assainissement dans les zones où les eaux parasites sont observés : visites de terrain, choix des sites de mesure et mise en place d'une campagne de mesures si possible longue pour bien prendre en compte les variations saisonnières et événementielles.
+
* Analyse des chroniques pluie-débit fournies par les mesures au pas de temps horaire ou journalier (et des mesures de polluants si disponibles) : quantification des apports et répartition par secteurs géographiques et par type d’eaux parasites ; localisation des zones prioritaires a priori les plus défectueuses
+
* Analyse détaillée des zones prioritaires par l’emploi de techniques spécifiques
+
** tests à la fumée pour localiser les branchements non conformes d’eaux pluviales sur les réseaux séparatifs eaux usées ;
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** traçage (en général au colorant) pour localiser les branchements erronés ;
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** inspections télévisées pour localiser des défauts structurels.
+
  
Ces trois phases d’investigation sont suivies par une phase d’étude et de comparaison des différentes solutions permettant de réduire l’impact des eaux claires parasites sur les réseaux d’assainissement afin d’élaborer un programme d’aménagement.  
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Cette recherche doit être intégrée dans une démarche de [[Diagnostic permanent (HU)|diagnostic permanent]] des réseaux d'assainissement permettant une quantification régulière des eaux parasites qui s'y écoulent.
  
 
<u>Bibliographie</u> :
 
<u>Bibliographie</u> :
Belhadj, N. (1994) : Variations par temps de pluie des débits dans les réseaux d’eaux usées de type séparatif: identification des composantes et modélisation des infiltrations ; thèse ENPC; téléchargeable sur : https://pastel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/529364/filename/1994TH_BELHADJ_N_NS17981.pdf
+
* Belhadj, N. (1994) : Variations par temps de pluie des débits dans les réseaux d’eaux usées de type séparatif: identification des composantes et modélisation des infiltrations ; thèse ENPC; téléchargeable sur : https://pastel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/529364/filename/1994TH_BELHADJ_N_NS17981.pdf
Breil, P. , Joannis, C., Raimbault, G. (1993) :  Drainage des eaux claires parasites par les réseaux sanitaires. De l'observation à  l'élaboration d'un modèle prototype ; LA HOUILLE BLANCHE ; N'1, 1993 ; pp 45-57 ; téléchargeable sur : https://www.shf-lhb.org/articles/lhb/pdf/1993/01/lhb1993005.pdf
+
* Breil, P. , Joannis, C., Raimbault, G. (1993) :  Drainage des eaux claires parasites par les réseaux sanitaires. De l'observation à  l'élaboration d'un modèle prototype ; LA HOUILLE BLANCHE ; N'1, 1993 ; pp 45-57 ; téléchargeable sur : https://www.shf-lhb.org/articles/lhb/pdf/1993/01/lhb1993005.pdf
Ranchet, J., Renard,D., Vicy, A. (1982) : Analyse et détection des eaux parasites dans les réseaux d'assainissement ; TSM ; vol.77, n°4,avril 1982, pp.731-183.
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* Ranchet, J., Renard,D., Vicy, A. (1982) : Analyse et détection des eaux parasites dans les réseaux d'assainissement ; TSM ; vol.77, n°4,avril 1982, pp.731-183.
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* Savary, P. (non daté) : Cours d'assainissement (extrait) ; document fourni sur demande.
  
  
Ligne 55 : Ligne 176 :
 
* De Bénédittis, J. (2004) : Mesurage de l’infiltration et de l’exfiltration dans les réseaux d’assainissement ; thèse INSA Lyon ; téléchargeable sur : http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2004/de_benedittis/04_table_des_matieres.pdf
 
* De Bénédittis, J. (2004) : Mesurage de l’infiltration et de l’exfiltration dans les réseaux d’assainissement ; thèse INSA Lyon ; téléchargeable sur : http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2004/de_benedittis/04_table_des_matieres.pdf
  
 +
[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
 
[[Catégorie:Eau_usée_et_eau_parasite_(HU)]]
 
[[Catégorie:Eau_usée_et_eau_parasite_(HU)]]
 
[[Catégorie:Réhabilitation,_gestion_patrimoniale_(HU)]]
 
[[Catégorie:Réhabilitation,_gestion_patrimoniale_(HU)]]

Version du 2 novembre 2022 à 17:10

Traduction anglaise : Infiltration and inflow - I/I

Logo eurydice.jpg

Dernière mise à jour : 02/11/2022

Eau claire présente en permanence ou par intermittence dans les systèmes d'assainissement alors qu'elle ne devrait pas s'y trouver ; on utilise souvent le diminutif ECP.

Sommaire

Origine des eaux claires parasites

Ces eaux sont d'origine naturelle (captage de sources, drainage de nappes, fossés, inondations de réseaux ou de postes de refoulement, etc.) ou artificielle (fontaines, drainage de bâtiments et de parkings souterrains, eaux d’exhaure de chantiers, eaux de refroidissement, rejet de pompe à chaleur, de climatisation, etc.).

Cas des réseaux unitaires et eaux pluviales

Dans les réseaux unitaires, on distingue généralement trois types d'ECP :

  • Les ECP permanentes ou saisonnières : elles peuvent être dues à des captages de sources, à des drainages permanents de nappes, à des fuites d'eau potable, etc. Leur principale caractéristique est qu'elles sont sensiblement constantes au cours du temps (elles peuvent cependant présenter des fluctuations saisonnières).
  • les ECP événementielles : elles sont directement liées aux événements pluvieux et correspondent le plus souvent à des infiltrations d'eau de surface qui se sont accumulées dans les tranchées autour des conduites. Elles se prolongent généralement quelques jours après les précipitations importantes avec une décroissance régulière. On parle souvent du phénomène de « ressuyage ».
  • les ECP accidentelles : elles sont dues à des événements spécifiques plus ou moins prévisibles : crues de rivières, pompage de nappe pour des travaux, vidange de piscine, etc. Elles se manifestent de façon plus ou moins aléatoire et sont très difficilement prévisibles.

Ces eaux viennent se rajouter aux eaux pluviales et, dans le cas des réseaux unitaires, aux eaux usées (figure 1).


Figure 1 : Différents composantes d'un hydrogramme dans un réseau unitaire.

Cas des réseaux séparatifs eaux usées

Dans le cas des réseaux eaux usées stricts on divise souvent les ECP événementielles entre :

  • les ECP de captage (EPC) qui peuvent par exemple correspondre à un ruissellement direct et qui arrivent rapidement dans le réseau après une période pluvieuse, généralement du fait de mauvais branchements ; ces effluents n'ont cependant pas toujours été considérés comme des eaux parasites, car des branchements d’eaux pluviales au réseau d’eaux usées ont parfois été réalisés volontairement, en particulier pour favoriser l'autocurage ; c'est encore le cas dans certains réseaux dits pseudo-séparatifs,
  • les ECP d'infiltration (EPI) qui correspondent au drainage des sols et qui arrivent de façon retardée (Breil et al., 1993).

Conséquences des ECP sur le fonctionnement des réseaux et des stations d'épuration

Les ECP augmentent les débits et diluent les eaux usées. Elles pénalisent donc le fonctionnement des stations d'épuration. Par ailleurs elles augmentent les dépenses énergétiques dès lors que les systèmes d'assainissement sont munis de stations de pompage. Dans certains cas elles peuvent même contribuer à augmenter la durée et le volume des rejets par les déversoirs d'orage.

Les eaux parasites d'infiltration peuvent également contribuer à déstabiliser les conduites en entrainant les matériaux sur lesquels elles sont posées.

Modélisation des eaux claires parasites

Du fait du caractère involontaire et imprévisible des eaux claires parasites, leur modélisation est obligatoirement fondée sur des mesures permettant de caler les modèles. On distingue généralement :

  • une composante d'ECP permanente, que l'on peut représenter par exemple par des valeurs moyennes mensuelles pour tenir compte des variations saisonnières ;
  • une composante d'ECP événementielle, que l'on peut représenter par deux paramètres :
    • une valeur de débit pendant la durée de la pluie, fonction de la hauteur antécédente de pluie précipitée ; la relation entre la valeur de débit et la hauteur antécédente de précipitation peut être linéaire ou plus généralement de type exponentiel croissante ; le débit d'ECP est ainsi maximum à la fin de la pluie ;
    • un coefficient de décroissance en fonction du temps à partir de la fin de la pluie, généralement choisi pour que le débit d'ECP dure entre 1 et 5 jours après la pluie selon l'importance de la précipitation ; la décroissance peut être linéaire ou présenter une forme asymptotique (exponentielle ou hyperbolique).

Nota : il est possible d'affiner encore la représentation des ECP événementielles en utilisant une (voire plusieurs) surface(s) d'apport complémentaire(s) représentée(s) par exemple par un ou plusieurs réservoir(s) linéaire(s) associé(s) à une (ou plusieurs plus ou moins) grande(s) valeur(s) de lag time.

La plupart des ECP accidentelles sont par nature totalement imprévisibles et ne peuvent généralement pas être modélisées de façon prévisionnelle. Les intrusions d'eau de rivière peuvent cependant être reliées au niveau d'eau dans le cours d'eau.

Estimation des débits d'eaux claires parasites

Le calage des modèles précédents (ou l'estimation directe des quantités d'ECP) nécessite d'être capable de reconnaître la part d'eaux claires parasites dans le débit qui s'écoule à un moment donné dans le réseau d'assainissement.

Cas des périodes de temps sec

Diversité des méthodes

Pendant les périodes de temps sec (lorsque le débit d'eau pluvial a fini de s'évacuer) circulent uniquement des eaux usées et des eaux parasites. Il est alors possible de distinguer ces deux types d'eau. Reprenant en partie les travaux de Belhadj (1994), De Bénédittis (2004) a par exemple recensé 15 méthodes différentes permettant cette distinction. Ces méthodes reposent sur deux principes généraux :

  • Principe (1) : Pendant les périodes de temps sec, le débit d'ECP correspond à la différence entre le débit total de temps sec et le débit d’eaux usées strictes. Le débit d'eau usée strict peut lui même être apprécié par deux familles de méthodes :
    • méthodes débitmétriques : le débit d'eau usée strict est calculé en fonction de la consommation journalière en eau potable et/ou du nombre d’habitants ;
    • méthodes chimiques : le débit d'eau usée strict est calculé en fonction des débits massiques de polluants caractéristiques des eaux usées domestiques (DBO, DCO, MES, Azote total Kjeldahl, etc.) (avec l'hypothèse que la concentration des eaux claires parasites est nulle pour chacun de ces indicateurs).
  • Principe (2) : Le débit d’eaux usées strictes est faible en période nocturne, le débit d’ECP est donc proche du débit nocturne minimum. Pour les réseaux étendus (et/ou de pente faible), certaines méthodes utilisent un coefficient de correction, parfois appelé coefficient d’épuisement, pour tenir compte d’un débit résiduel nocturne d’eaux usées strictes (voir § suivant).

Certaines de ces 15 méthodes peuvent utiliser simultanément ces deux principes généraux, ce sont des méthodes dites « hybrides ».

Préconisations

Parmi toutes ces méthodes, la plus simple et la plus pertinente nous semble être la méthode du rapport nycthéméral qui est rapidement présentée ci-dessous (Savary, non daté).

Le rapport nycthéméral $ n $ est défini par la relation :


$ n = Q_n / Q_j \qquad (1) $

avec :

  • $ Q_n $ : Débit moyen nocturne par temps sec ;
  • $ Q_j $ : Débit moyen diurne par temps sec.

Le débit moyen nocturne est généralement établi sur une période de durée $ dn $ comprise entre 6 et 8 heures. Le débit moyen diurne l’est alors sur une période de 18 à 16h. Pour des réseaux longs et plats, une durée de 6 heures est mieux adaptée.

On peut relier la valeur du rapport nycthéméral à la proportion d’eaux parasites véhiculées par le réseau grâce à la formulation suivante :


$ \frac{V_p}{V_j} = \frac{24.(n - n_0)}{(24 - d_n + n.d_n).(1 - n_0)} \qquad (2) $

avec :

  • $ V_p $ : Volume journalier d’eaux parasites véhiculé par temps sec,
  • $ V_j $ : Volume journalier d’effluents par temps sec,
  • $ n $ : Rapport nycthéméral,
  • $ n_0 $ : Rapport nycthéméral représentatif d’un réseau sain (exempt d’eaux parasites),
  • $ d_n $ : Durée de la période nocturne (en heures).


Les rapports nycthéméraux considérés comme représentatifs d’un réseau sain, se situent, par expérience, aux alentours de :

  • 0,12 à 0,15 pour $ d_n $ = 6 heures,
  • 0,20 à 0,25 pour $ d_n $ = 8 heures.

A l'aval de réseaux drainant de faibles populations, des valeurs du rapport nycthéméral nettement inférieures à 0,15 peuvent être observées en l'absence d'ECP.

En cas de doute ou d'études à enjeux, il est fortement conseillé de mettre en œuvre différentes méthodes ce qui permet d'une part d'affiner le résultat et d'autre part d'estimer la marge d'incertitude.

Cas des périodes pluvieuses

Le débit d'ECP événementiel doit également être évalué pendant les périodes de pluie, ou juste après les périodes de pluie.

Il est relativement simple de déduire du débit total la part des ECP saisonnières du fait de leur évolution lente dans le temps. Il est également assez facile de déduire le débit de temps sec dont les fluctuations sont relativement identiques d'une journée à l'autre (avec toutefois des variations entre jours ouvrés et jours non ouvrés et de congés). La différentiation entre les eaux pluviales issues d'un apport direct au réseau et les eaux parasites événementielles est beaucoup plus difficile car la nature physico-chimique de ces deux types d'eaux est relativement proche (même si les eaux parasites d'infiltration sont moins chargées en polluants et en particulier en MES).

De ce fait la distinction est souvent faite de façon arbitraire en considérant que les ECP événementielles sont égales au débit total moins la somme des débits des trois autres types d'eau (Eaux usées, Eaux pluviales et ECP permanente), le débit d'eau pluvial étant estimé à partir d'une modélisation mathématique.

L'utilisation de méthodes d'assimilation des données pour caler simultanément les paramètres du modèle de représentation des eaux pluviales d'une part, et du modèle de représentation des ECP événementielles d'autre part, permet d'améliorer sensiblement les résultats.

Recherche et élimination des Eaux Claires Parasites en excès

Pourquoi éliminer les ECP ?

Les eaux parasites posent différents problèmes dans le fonctionnement des réseaux d'assainissement :

  • Elles augmentent le débit qui circule dans les réseaux et arrive aux stations d’épuration, ce qui peut notamment conduire à  :
    • limiter la capacité effective du réseau vis-à-vis des eaux strictement usées que l’on souhaite collecter ;
    • diluer les effluents arrivant à la station d'épuration et diminuer son efficacité ;
    • faire fonctionner, par temps de pluie, plus souvent et sur de plus longues périodes, les déversoirs d’orage et trop-pleins situés sur ces réseaux et les postes de relèvement s’y trouvant, ainsi que les by-pass en tête de station d’épuration,
    • accroître la vitesse ascensionnelle des effluents sur les ouvrages de décantation et clarification, et donc à diminuer leur performances, voire à augmenter le risque de départs de boues biologiques vers les milieux récepteurs ;
    • consommer plus d’énergie électrique au niveau des ouvrages de pompage situés sur les réseaux et stations d’épuration.
  • Elles augmentent les risques d’exfiltration d’eaux usées vers la nappe en cas de mauvais état du réseau.

Par ailleurs leur présence est souvent également le signe d'une dégradation du réseau et constitue donc un symptôme à prendre en compte pour éviter que cette dégradation ne prenne de l’ampleur.

Notons cependant, et ce particulièrement dans le contexte de baisse de consommation d’eau constatée ces dernières années, qu’une présence maîtrisée d’ECP peut parfois contribuer à favoriser l’autocurage de certains réseaux d’eaux usées, mais aussi contribuer à réduire les risques de formation d’H2S ou de composés susceptibles d'engendrer de mauvaises odeurs, voire de méthane.

Comment éliminer les ECP ?

Du fait des problèmes posés par les ECP, on cherche souvent à les limiter de façon à améliorer le fonctionnement du système d'assainissement. Pour ceci il est nécessaire de savoir de quelle façon et à quel endroit ces eaux sont introduites dans le réseau. Les méthodologies suivies pour atteindre ce but utilisent le plus souvent le travail fondateur de Ranchet et al.(1982). Elles se décomposent en trois phases successives :

  • diagnostic global du système d’assainissement dans les zones où les eaux parasites sont observées : visites de terrain, choix des sites de mesure et mise en place d'une campagne de mesures si possible longue pour bien prendre en compte les variations saisonnières et événementielles.
  • Analyse des chroniques pluie-débit fournies par les mesures au pas de temps horaire ou journalier (et des mesures de polluants si disponibles) : quantification des apports et répartition par secteurs géographiques et par type d’eaux parasites ; localisation des zones prioritaires a priori les plus défectueuses.
  • Analyse détaillée des zones prioritaires par l’emploi de techniques spécifiques :
    • tests à la fumée pour localiser les branchements non conformes d’eaux pluviales sur les réseaux séparatifs eaux usées (analyse amont->aval et aval->amont);
    • traçage (en général au colorant) pour localiser les branchements erronés (analyse uniquement amont->aval) ;
    • inspections télévisées pour localiser des défauts structurels.

Ces trois phases d’investigation sont suivies par une phase d’étude et de comparaison des différentes solutions permettant de réduire l’impact des eaux claires parasites sur les réseaux d’assainissement afin d’élaborer un programme d’aménagement.

Ces investigations détaillées réalisées lors d’une étude diagnostic ou de l'élaboration d’un schéma directeur doivent ensuite être complétées dans la durée dans le cadre d’un diagnostic permanent. Ce suivi sera réalisé a minima à l’aide des données d’autosurveillance journalières en entrée d’usine de traitement, mais éventuellement aussi au droit de certains points caractéristiques du réseau, en amont desquels des problèmes ont été identifiés.

Est-il possible et nécessaire d'éliminer systématiquement toutes les ECP?

Est-ce économiquement possible ?

Au début des années 1980, la forte prise de conscience des problèmes posés par les eaux claires parasites fut à l'origine d'une chasse systématique. Des investissements parfois conséquents furent parfois consentis, mais avec des résultats très inégaux, voire décevants.

Les bilans menés après travaux ont ainsi souvent montré que la réduction des intrusions d’eaux parasites était inférieure à ce qui avait été envisagé. La raison principale semble être due au fait qu'une part importante des ECP provient des branchements des particuliers. Dans ce cas, une réhabilitation se limitant aux seuls réseaux publics, n’a évidemment qu’un faible résultat.

Pour cette raison, on a aujourd'hui des approches plus pragmatiques visant principalement l'élimination des apports importants et faciles à éliminer, c'est-à-dire ponctuels (casses de réseaux, captages de sources, ou fossés, ou ruisseaux, chasses coulant sans interruption, etc.) et clairement identifiés.

La lutte contre les apports diffus est beaucoup plus difficile et coûteuse et sa mise en œuvre doit être réfléchie, en particulier en mettant en balance le coût de l'élimination des ECP avec le surcoût (principalement en termes de dépenses énergétiques) associé à leur présence.

Est-ce toujours nécessaire ?

Par ailleurs, certains des risques associés à la présence des ECP ont probablement été exagérés. Plus encore, leur réduction excessive peut poser de nouveaux problèmes : réduction de la capacité d’autocurage, augmentation de la septicité des effluents, risque d'odeurs, débit devenant inférieur au débit minimum requis pour le bon fonctionnement de certains processus épuratoires, etc.

En guise de conclusion

Finalement la bonne question consiste donc à choisir la quantité acceptable, voire souhaitable, pour le fonctionnement du système d’assainissement. Cette question ne peut trouver qu'une réponse locale, appuyée sur deux éléments de réflexion :

  • rechercher l'équilibre entre les avantages et les inconvénients associés à la présence des ECP ;
  • mettre en balance le coût de leur élimination avec le surcoût éventuel associé à leur présence.

En revanche, la recherche de la présence et de l'origine des ECP reste nécessaire, en particulier parce que la non-étanchéité des réseaux est souvent le signe précurseur de leur dégradation : fissures qui vont s’aggraver, intrusions d’eau par les joints ou les fissures pouvant être suivies d’intrusions de racines qui obtureront et/ou éclateront la canalisation, et bien sûr casses de réseau.

Cette recherche doit être intégrée dans une démarche de diagnostic permanent des réseaux d'assainissement permettant une quantification régulière des eaux parasites qui s'y écoulent.

Bibliographie :

  • Belhadj, N. (1994) : Variations par temps de pluie des débits dans les réseaux d’eaux usées de type séparatif: identification des composantes et modélisation des infiltrations ; thèse ENPC; téléchargeable sur : https://pastel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/529364/filename/1994TH_BELHADJ_N_NS17981.pdf
  • Breil, P. , Joannis, C., Raimbault, G. (1993) : Drainage des eaux claires parasites par les réseaux sanitaires. De l'observation à l'élaboration d'un modèle prototype ; LA HOUILLE BLANCHE ; N'1, 1993 ; pp 45-57 ; téléchargeable sur : https://www.shf-lhb.org/articles/lhb/pdf/1993/01/lhb1993005.pdf
  • Ranchet, J., Renard,D., Vicy, A. (1982) : Analyse et détection des eaux parasites dans les réseaux d'assainissement ; TSM ; vol.77, n°4,avril 1982, pp.731-183.
  • Savary, P. (non daté) : Cours d'assainissement (extrait) ; document fourni sur demande.


Pour en savoir plus :

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