Issus de sources très variées et parfois ubiquistes, les micropolluants se retrouvent dans les eaux de pluie en traversant l'atmosphère ou dans les eaux de ruissellement après contact avec les surfaces urbaines. Ainsi, ils peuvent être présents dans certains cas à des concentrations dépassant les normes de qualité environnementale, ce qui fait des effluents urbains de temps de pluie (en réseau unitaire ou séparatif) une source non négligeable de rejet de ces polluants dans le milieu naturel. Ils peuvent ainsi contribuer au déclassement des masses d'eau. La connaissance des flux issus de ce compartiment est donc indispensable.

Les objectifs de cette étude sont de construire l'architecture d'une base qui soit fonctionnelle et complète, de regrouper l'ensemble des informations et résultats de recherches disponibles concernant les concentrations et flux de micropolluants dans les rejets urbains de temps de pluie afin de l'alimenter et enfin d'exploiter la base afin d'observer les concentrations, flux et comportements des micropolluants en fonction de certains paramètres et ainsi mieux comprendre les voies d'introduction des micropolluants dans les milieux aquatiques pour mieux les gérer et atteindre le bon état des masses d'eau.

Les scientifiques ont commencé à s'intéresser aux polluants dans les effluents de temps pluie à partir des années 70. Les premiers polluants étudiés ont été ceux qu'on appelle communément les paramètres globaux (MES, azote, phosphore, carbone, DCO, DBO). À partir des années 1980, certaines familles de micropolluants comme les métaux, les PCB et les HAP ont commencé à être étudiées. Pendant les années 90, grâce à l'avancée de la recherche, le spectre des contaminants étudiés s'est fortement élargi en prenant notamment en compte les micropolluants organiques (Exemple : COV) et les pesticides. Aujourd'hui, l'accent est mis sur les "substances émergentes" telles que les nanoparticules ou les résidus médicamenteux qui ne sont pas réglementés et font craindre un risque pour l'homme et l'environnement. Trois observatoires de terrain en hydrologie urbaine (OPUR, OTHU et ONEVU) sont regroupés au sein du SOERE "URBIS" (Systèmes d'Observation et d'Expérimentation au long terme pour la Recherche en Environnement). Ce regroupement permet de coordonner les recherches sur certains sujets et de pérenniser le réseau d'observatoires.

Sur un total de 10 thèses disponibles produites par les trois observatoires, les données détaillées de 8 d'entre elles ainsi que les données de deux articles scientifiques ont pu être exploitées et intégrées dans la base qui regroupe ainsi des données concernant les concentrations et/ou flux dans les retombées atmosphériques secs et humides, le sol et les plantes, les milieux aquatiques naturels, les dépôts des réseaux, les effluents urbains (ruissellements de toiture, chaussée, réseaux unitaires et séparatifs), des informations concernant les techniques de mesure utilisées, les événements pluvieux, les bassins versants, les polluants. La base réalisée sous Access possède de nombreux champs, enregistrements et tables. Elle contient 17 tables dont 9 sur les concentrations et flux, 4 sur les lieux de mesure et les sources, 2 sur les polluants et leurs méthodes de mesure et 2 sur les évènements pluvieux. 298 champs répartis sur toutes les tables. Ce qui nous donne jusqu'à 298 informations par polluant et campagne de mesure. Environ 8400 enregistrements au total dont 1083 concernant les concentrations dans les retombées atmosphériques 240 pour les dépôts, 4517 pour les RUTP et 388 concernant les flux. Sont aussi inclus 39 Bassins versants pour 7 campagnes de mesures, 236 polluants et 155 événements ou périodes pluvieuses.

L'exploitation réalisée permet notamment de donner un ordre de grandeur des concentrations que l'on peut retrouver dans les RUTP. La famille de polluants les plus concentrés est les métaux avec des concentrations comprise entre 1µg/L et 1mg/L, voire plusieurs mg/L pour l'aluminium. Viennent ensuite, les hydrocarbures aliphatiques avec des concentrations médianes comprises entre une dizaine de ng/L et une centaine de µg/L. Les alkylphénols et les COV sont retrouvés autour de 0,1µg/L à 1µg/L. La concentration médiane des HAP est comprise entre 10ng/L et 0,5µg/L, tous les composées de la famille sont présents aux mêmes ordres de grandeur. Les organo-étains et les PCB sont aussi présents de manière homogène, entre 10ng/L et 100ng/L. Les BDE sont parmi les familles de composés les moins concentrés (sauf le Déca-BDE) avec des concentrations médianes inférieures à 10ng/L. Les concentrations en pesticides résultent d'une application "événementielle" ce qui explique la grande variabilité des concentrations dans cette famille. La plus forte concentration est attribuée au glyphosate qui est par ailleurs le produit phytosanitaire le plus utilisé (et le plus retrouvé dans les milieux superficiels). Le DEHP est retrouvé avec une concentration médiane de 17µg/L soit plus de 13 fois supérieure à la norme de qualité environnementale en moyenne annuelle.
L'exploitation a également permis d'observer la répartition dissous/particulaire pour les polluants et de quantifier la contribution atmosphérique par famille de micropolluants. L’ensemble de ce travail donne quelques réponses faciles d'accès aux questions que peuvent se poser le personnel de l'agence de l'eau dans le cadre de leur travail.

L'imperméabilisation des sols, due au développement important de l'urbanisation en France à partir de la deuxième moitié du XXème siècle, peut être considérée comme une conséquence néfaste pour l'environnement. Lorsqu'il pleut, les volumes d'eau ruisselants sont accrus, ce qui peut être source d'inondations. Si le territoire comporte un réseau d'assainissement unitaire, des rejets d'eaux usées et pluviales peuvent avoir lieu au niveau des déversoirs d'orage et impacter négativement le milieu naturel.

La Directive Cadre Européenne sur l'Eau de 2000 engage la France et les États Européens à mettre en place des actions via les SDAGE pour atteindre le bon état écologique des masses d'eaux. Le SDAGE Seine Normandie encourage entres autres la mise en place de solutions pour réduire les volumes d'eaux pluviales collectées par les réseaux et maîtriser les pollutions dès l'origine du ruissellement. Ces solutions sont généralement désignées sous le terme générique de techniques alternatives (sous-entendu "alternatives" aux techniques "conventionnelles" de gestion pluviale avec réseau et avaloirs). L'Agence de l'Eau Seine-Normandie, dont les programmes découlent directement du SDAGE, appuie le développement de ces dispositifs en attribuant des subventions pour leurs constructions.

La présente étude porte sur la réalisation et l'analyse de retours d'expériences de quatorze projets avec techniques alternatives qui ont été subventionnés entre 2009 et 2015 au cours du 9ème et du 10ème programme de l'agence. Ces projets concernent des aménagements réalisés sur le bassin versant Seine Normandie, pour la plupart en Ile-de-France, par exemple au niveau d'une rue, d'un square ou d'un parvis, voire du réaménagement de tout un quartier ou d'une zone commerciale.

Les éléments de contexte et de motivation propices au recours à des techniques alternatives ont été identifiés pour les projets étudiés. Au niveau technique, le travail a mis en lumière les points importants pour réussir la conception et la réalisation de tels aménagements et pour assurer leur pérennisation. Le bilan de fonctionnement des aménagements, que doit fournir le maître d'ouvrage un an après leur réception, a également été formalisé. Au niveau économique, ce travail a permis de vérifier si le recours à des techniques alternatives pour un projet est moins onéreux comparé au même projet réalisé en technique conventionnelle. Cet aspect a été vérifié pour les projets dont on dispose d'un chiffrage relatif à un recours à des techniques conventionnelles. Cet aspect financier avantageux peut en effet motiver une maîtrise d'ouvrage pour le choix de techniques alternatives, d'autant plus qu'elles sont subventionnées.

Ce travail s'inscrit ainsi dans une démarche qualité d'amélioration continue, ainsi que de promotion des techniques alternatives.

Cette synthèse des connaissances a été réalisée à l'Institut National de Recherche Agronomique (INRA) de Versailles, en collaboration avec le Centre d'Enseignement et de Recherche Eau Ville Environnement (CEREVE), le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) de Nantes et l'Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon. L'étude a permis de rassembler et de confronter des informations d'ordre scientifique et technique qui pourraient être une base d'aide au choix d'assainissement pour les eaux de ruissellement urbaines. Elle propose également des orientations de recherches, de réflexions et/ou d'actions.

Les différents retours d'expériences sur des ouvrages d'infiltration (bassins et tranchées d'infiltration, noues) montrent que les micropolluants (ETM, HAP) sont principalement retenus dans les 50 premiers cm, qui correspondent au dépôt de sédiments et à la couche de surface du sol. Ces deux couches sont généralement caractérisées par des teneurs élevées en argile et en matière organique qui leur confèrent une grande capacité d'adsorption des micropolluants. Cependant, certaines études montrent également que les micropolluants (Zn, Cd, Pb, herbicides, composés organiques volatiles) peuvent migrer au-delà de 1 m de profondeur, voire jusque dans les nappes si des conditions minimales de conception ne sont pas vérifiées. Les causes de la mobilisation et du transfert de ces micropolluants dans ces ouvrages sont liées principalement au fonctionnement hydraulique de l'ouvrage et à la composition physico-chimique des eaux de ruissellement. En particulier, la vitesse d'infiltration de l'eau dans le sol conditionne le temps de contact entre les micropolluants et la matrice du sol, et semble jouer un rôle prépondérant dans les processus de rétention et de dégradation des micropolluants dans les sols. La vitesse d'infiltration maximale préconisée pour éviter le transfert de polluants en profondeur est de 360 mm/h.

Rendre compatibles les fonctions d'infiltration de l'eau et de rétention des micropolluants éventuels, est un exercice délicat. Cependant, il est possible d'avancer des caractéristiques physico-chimiques du sol qui seraient à considérer pour les sites d'infiltration. Celles qui vont influer sur la structure du sol donc sur la vitesse d'infiltration de l'eau sont primordiales. La présence de chemins d'écoulement préférentiels dans le sol conduit à une vitesse d'infiltration élevée. C'est le cas notamment pour les sols très argileux desséchés. Certains travaux de recherche recommandent donc d'avoir une teneur en argile inférieure à 10 % dans les sols choisis pour l'infiltration.

Le pH du sol est également un paramètre important à prendre en compte dans le choix des sites d'infiltration car il conditionne les charges des sites de surface des phases solides du sol impliqués dans la rétention des micropolluants. Un pH compris entre 6 et 8 favorise l'adsorption spécifique des ETM dans les sols. Par ailleurs, un sol possédant un pouvoir tampon élevé sera capable de maintenir le pH constant. Un sol possédant un taux de saturation en bases échangeables supérieur à 80 % est considéré comme étant bien tamponné. Pour maintenir ce taux de saturation en bases, un chaulage du sol ou un apport de carbonates pourrait être régulièrement effectué. Cependant, la couche superficielle qui se constitue à la surface de l'ouvrage après sa mise en service va au fil du temps, jouer un rôle de plus en plus prépondérant et les effets d'un chaulage sur cette couche sont encore mal connus.

Par ailleurs, les matières organiques ont une très grande influence sur les processus de rétention et de dégradation des micropolluants mais également sur les propriétés physiques du sol : stabilisation, augmentation de la porosité par agrégation. Les valeurs minimales recommandées dans le sol vont de 2 % à 4 %. Des apports en matières organiques peuvent être réalisés. Cependant, le choix du type de matière organique à apporter doit faire l'objet de recherches complémentaires pour permettre l'amélioration durable des qualités physiques et chimiques du sol sans entraîner de mobilisation ultérieure des micropolluants.

La Capacité d'Echange Cationique (CEC) du sol mesurée à pH 7 caractérise la capacité d'adsorption maximale du sol vis-à-vis des cations. Elle dépend de la teneur en argile et en matière organique du sol. Une CEC minimale de 5 meq/100g dans les sols soumis à l'infiltration est recommandée.

Le maintien de conditions aérobies dans les ouvrages d'infiltration est également recommandé car la plupart des micropolluants organiques sont dégradés par les bactéries en présence d'oxygène. Pour satisfaire cette condition, la vitesse d'infiltration de l'eau doit donc être suffisante afin d'éviter un temps de séjour de l'eau dans l'ouvrage d'infiltration trop long (< 72 h). Or, pour libérer les capacités de stockage et permettre aux pluies suivantes d'être stockées, des durées de vidange inférieures à la journée sont préconisées. Des conditions aérobies seraient donc maintenues tant que ces contraintes sont respectées. Cependant, des risques de transfert de micropolluants sont possibles pour des vitesses d'infiltration élevées (supérieures à 360 mm/h) car les réactions entre eau et sol n'ont pas le temps de s'effectuer.

La végétalisation des ouvrages d'infiltration pourrait également limiter les risques de transfert des micropolluants dans les sols par absorption directe des micropolluants ou par adsorption à la surface des racines. Les plantes peuvent également indirectement favoriser la dégradation des micropolluants organiques en fournissant aux microorganismes des nutriments. De plus, elles peuvent améliorer les propriétés physiques des sols vis-à-vis de l'infiltration de l'eau en augmentant la porosité du sol et en stabilisant le sol par agrégation. Peu de travaux ont été réalisés pour déterminer les plantes qui pourraient fournir les conditions optimales pour la dégradation de micropolluants particuliers. Les rares études disponibles montrent que les espèces végétales les plus performantes sont surtout celles qui sont le plus adaptées aux caractéristiques physico-chimiques et climatiques ambiantes.

Les "vélocimètres" qui utilisent l'effet Doppler pour évaluer une vitesse moyenne dans la section d'un écoulement à surface libre ou en charge sont un outil simple, peu onéreux et facile à mettre en œuvre pour suivre en continu l'évolution les débits transitant dans des réseaux d'assainissement. Ils permettent de réaliser des diagnostics de fonctionnement de réseau de collecte et peuvent apporter une réponse aux exigences de l'autosurveillance réglementaire des déversoirs d'orage. Malheureusement les caractéristiques de ces appareils sont actuellement très mal connues, en particulier la zone explorée par les ondes ultrasonores pour déterminer une vitesse moyenne ou maximale dans le cône de mesure. Il est donc difficile par exemple de quantifier l'influence des conditions d'écoulement dans la section instrumentée sur la précision qu'on peut attendre de la mesure.

Les appareils auxquels s'intéresse l'étude utilisent des "indicateurs de vitesse". L'indicateur choisi est réputé représentatif de la vitesse moyenne de l'écoulement, non pas dans le volume de mesure mais dans une section droite (surface mouillée de l'écoulement). La transformation de l'indicateur de vitesse en vitesse moyenne sur un site donné se fait au moyen d'un coefficient, en général unique et constant par souci de simplicité, laissé à la discrétion de l'utilisateur ou de l'installateur. Pour déterminer ou vérifier la valeur de ce coefficient, un étalonnage sur site semble indispensable sur plusieurs gammes de débits. En fait, ce type d'opération est des plus malaisé : les mesures directes du champ de vitesse (exploration au courantomètre) ou de la vitesse moyenne (dilution) sont difficiles à réaliser, et plus encore lorsque les ouvrages sont sollicités pour l'évacuation d'eaux de ruissellement générées par des événements pluvieux (problèmes d'accès, régime non permanent, sécurité des opérateurs).

Une approche moins empirique de la réponse d'un vélocimètre donné aux conditions d'écoulement que l'on peut s'attendre à observer sur un site donné serait donc très utile. Pour cela, il faudrait pouvoir :
1- connaître les champs de vitesse,
2- prévoir la réponse du capteur à ces contextes hydrodynamiques,
3- résoudre le problème inverse de l'estimation de la vitesse moyenne à partir de l'indication du capteur.

C'est le point 2 qui est développé dans ce projet. En effet, s'il est possible de mesurer les champs de vitesse sur une section mouillée et à fortiori d'en déduire la vitesse moyenne, on connaît très mal la définition du paramètre primaire mesuré par les vélocimètres Doppler, autrement dit les caractéristiques principales de l'"indicateur de vitesse" :
- quel est le volume d'investigation ?
- y a-t-il une variation liée à la charge en matières en suspension (MES) ?
- comment est pondéré puis intégré le champ de vitesses présent dans ce volume ?

Pour répondre à ces questions, on se propose de mettre au point des tests de laboratoire permettant de mesurer des paramètres caractéristiques du fonctionnement de ces appareils. Ces tests, appliqués à un type d'appareil donné, n'ont pas pour but d'en vérifier les performances, en termes de précision par exemple, mais de mieux connaître ce que l'appareil mesure réellement. On espère ensuite être capable d'en définir les conditions et les limites d'emploi ainsi que les méthodes de conversion entre ce qui est mesuré et la vitesse moyenne dans une section mouillée de l'écoulement que l'on souhaite quantifier. Les essais réalisés ne sont pas des tests de recette d'un exemplaire donné du matériel, mais bien un moyen de préciser les spécifications d'un type d'appareil. Les constructeurs pourront utiliser ces tests pour décrire les caractéristiques du matériel qu'ils proposent. Les utilisateurs tireront bénéfice de cette détermination des caractéristiques (qu'il serait souhaitable à terme de normaliser) pour apprécier l'adéquation des matériels aux sites qu'ils projettent d'instrumenter, et vice versa.

Il faut souligner que la problématique exposée ci-dessus est axée sur les appareils usuels effectuant une analyse globale du spectre de vitesses, et concerne moins la nouvelle génération de matériel, utilisant la technologie Doppler pulsée pour réaliser une exploration du champ de vitesses. Néanmoins, les méthodes d'essai proposées pourront aussi trouver une application dans la vérification des performances de ces appareils.

Le protocole de tests proposé s'inscrit directement dans le champ de la spécification technique ISO/TS 15769 :2000 et porte sur certaines caractéristiques du capteur :
- l'angle d'émission,
- la portée,
- l'ouverture du faisceau ultrasonore,
- le volume de mesure,
- la pondération entre échos.

A ce stade des études, les tests ont pu montrer la faisabilité des mesures d'angles de tir, d'ouverture et de portée. Il conviendra toutefois de développer le protocole de détermination des pondérations de vitesses (importance de la position dans l'espace, masque…).

L'influence des défauts de pose peut aussi être appréhendée, ainsi que les mises en œuvre atypiques. Ces éléments permettent de connaître la représentativité de l'indicateur de vitesse donné par le capteur.

Le travail réalisé dans le contexte de cette étude peut constituer un élément important pour guider une réflexion sur une éventuelle démarche normative ou à défaut sur la possibilité d'obtenir des constructeurs les caractéristiques des capteurs afin d'en optimiser l'usage.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la phase 2 du programme OPUR "Observatoire des Polluants URbains en Ile de France". Cet observatoire a été mis en place en 1994 par le CEREVE (laboratoire de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées) en partenariat notamment avec la Ville de Paris, le SIAAP et le CRIF. Il a permis le développement de plusieurs programmes de recherche pluriannuels pour améliorer les connaissances sur la génération, le transport et la gestion des polluants véhiculés par temps sec et par temps de pluie dans les réseaux d'assainissement unitaires parisiens.

Réalisé au Cereve dans le cadre d'une thèse de doctorat, ce travail s'appuie sur la mise en place d'un dispositif expérimental constitué d'une série de six bassins versants de taille croissante et d'occupation du sol comparable, allant du bassin du Marais (41 hectares) jusqu'au site de Clichy (2500 hectares) en suivant l'axe du collecteur de Clichy, à Paris.

Ce dispositif a permis d'étudier la variabilité des flux et de la nature des polluants transférés par temps sec et par temps de pluie, dans les réseaux d'assainissement unitaires, en fonction des caractéristiques et de l'échelle spatiale des bassins versants. Le travail porte notamment sur :
- les concentrations moyennes et flux des MES, MVS, DCO, DBO5, COT, NTK et des métaux lourds Cd, Cu, Pb et Zn.
- la nature des polluants : répartition dissous-particulaire, teneurs en polluants et vitesses de chute des particules.

Ce dispositif a également permis de comprendre le fonctionnement hydrologique et hydraulique du réseau d'assainissement des bassins versants OPUR et d'étudier les mécanismes de transfert dans les réseaux unitaires. Enfin, la contribution des trois sources "Eaux usées, Eaux de ruissellement et Stocks de dépôt dans le réseau" aux flux polluants de temps de pluie a été évaluée. Cette évaluation a été faite en utilisant une approche de bilan de masse entre l'entrée et la sortie de chaque bassin versant.

Douze journées de temps sec et quinze événements pluvieux ont été échantillonnés au cours de cette étude. Les résultats obtenus indiquent d'une part, une relative homogénéité des flux polluants, de leur nature et des processus dominants sur les six bassins versants étudiés. Ils montrent d'autre part une importante contribution de l'érosion des stocks constitués dans le réseau d'assainissement aux flux des matières en suspension (MES), des matières organiques, du cuivre total, quelle que soit la taille du bassin versant. Cette contribution varie en moyenne, selon le site de mesure, de 49 à 70 % pour les MES, et de 43 à 71 % pour le cuivre total. Pour le cadmium, le plomb et le zinc, les eaux de ruissellement s'avèrent être la source principale.

Les débits moyens journaliers d'eaux usées de temps sec sont de l'ordre de 400 à 450 litres par équivalent habitant. Les concentrations moyennes journalières en MES, demande biologique en oxygène (DBO5) et azote Kjeldahl (NTK) varient respectivement par temps sec de 170 à 218 mg/l, de 156 à 191 mg/l et de 29 à 40 mg/l. Les matières oxydables sont majoritairement véhiculées par les particules (69 à 81 %) de même que le cadmium, le cuivre et le plomb. Cependant ces particules décantent avec des vitesses de chute faibles : selon la journée de mesure, la vitesse de chute dépassée par 50 % en masse des particules est comprise entre 0,009 et 0,065 mm/s.

Par temps de pluie, les concentrations en matières en suspension, matières oxydables, azote et cuivre dans les eaux unitaires sont supérieures ou égales à celles des eaux usées et nettement supérieures aux eaux de ruissellement. Les concentrations en cadmium, plomb et zinc sont 2 à 9 fois supérieures à celles des eaux usées de temps sec mais très inférieures à celles des eaux de ruissellement. Les particules constituent le principal vecteur de la pollution organique et métallique. Seul le NTK des effluents de temps de pluie est transporté majoritairement sous forme dissoute. Les vitesses de chute dépassées par 70 % des particules sont en général nettement inférieures à la valeur de 1 m/h, souvent prise pour référence dans le dimensionnement des ouvrages de décantation. Si l'efficacité d'un éventuel traitement par décantation s'avère identique pour le carbone organique particulaire (COP) et les MES, il n'en va pas de même pour les autres paramètres étudiés dans le cadre de cette thèse : demande chimique en oxygène (DCO), cuivre et plomb présentent de moins bonnes aptitudes à la décantation que les MES. Les efficacités de décantation sur Zinc et NTK sont quant à elles très inférieures à celles des MES.

Cette thèse est disponible sur le site http://pastel.paristech.org

Ce travail s'intègre dans la phase 2 du programme "OPUR : Observatoire des Polluants urbains". Cet observatoire a été mis en place en 1994 par le CEREVE (laboratoire de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées) en partenariat notamment avec la Ville de Paris, le SIAAP et le CRIF. Il a permis le développement de plusieurs programmes de recherche pluriannuels pour améliorer les connaissances sur la génération, le transport et la gestion des polluants véhiculés par temps sec et par temps de pluie dans les réseaux d'assainissement unitaires parisiens.

Réalisé au Cereve dans le cadre d'une thèse de doctorat, ce travail a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'introduction et le transfert à différentes échelles spatiales des hydrocarbures aliphatiques (HA) et aromatiques polycycliques (HAP) dans un réseau d'assainissement unitaire. Ce travail tente ainsi d'offrir une vision globale par temps sec et par temps de pluie de l'origine, du comportement et du devenir des hydrocarbures au sein du réseau unitaire parisien.

La compréhension du transfert des micropolluants dans un réseau d'assainissement suppose en outre que soit connu précisément leur mode d'introduction. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à l'étude des Voies d'Introduction des micropolluants dans le Réseau d'Assainissement (VIRA). Les diverses expérimentations menées sur la pollution en hydrocarbures des VIRA de temps sec (effluents domestiques et eaux de lavage de la voirie) ou de temps de pluie (eaux de ruissellement de chaussées et de toitures) ont ainsi permis de mieux aborder les processus de transfert des hydrocarbures dans le réseau. Les flux véhiculés par les effluents domestiques se sont révélés importants.

Parallèlement à l'étude des VIRA, ce travail s'est attaché à mieux cerner l'évolution spatiale des caractéristiques et des processus de transfert des hydrocarbures entre l'amont et l'aval d'un grand bassin versant. Dans ce but, le dispositif expérimental constitué de 6 bassins versants de taille croissante (du bassin du Marais/42 ha à celui de Clichy aval/2 581 ha), a permis :
- d'étudier la variabilité spatiale des flux et de la nature des hydrocarbures transitant par temps sec et par temps de pluie dans le réseau à ces différentes échelles spatiales.
- d'évaluer la contribution des eaux usées, des eaux de ruissellement et de l'érosion des stocks constitués par temps sec aux flux de HA et de HAP de temps de pluie,
- d'estimer la décantabilité des HAP particulaires.

Quel que soit le type de données (concentrations, flux, teneur...), une relative homogénéité des caractéristiques de la pollution en hydrocarbures a été mise en exergue par temps sec et par temps de pluie entre les bassins versants étudiés. Cette observation atteste que la qualité des eaux usées et des effluents unitaires demeure relativement homogène à partir de l'échelle spatiale du bassin du Marais (42 ha). Par contre, les caractéristiques de la contamination en hydrocarbures varient fortement d'un événement pluvieux à l'autre. Les concentrations moyennes journalières en HA et HAP dans les eaux usées de temps sec sont comprises entre 31 et 94 ?g/l pour les HA, entre 0,37 et 1,21 ?g/l pour les HAP. Lors des événements pluvieux les concentrations moyennes en HA et HAP mesurées sur les effluents unitaires varient respectivement de 68 à 276 ?g/l et de 1 à 4,8 ?g/l. Les flux médians par unité de surface active à l'échelle de l'événement pluvieux sont estimés à 13 g/ha actif pour les HA, à 142 mg/ha actif pour les HAP mais la fourchette de variation est très large.

L'évaluation des contributions a par ailleurs souligné l'homogénéité spatiale des processus de transfert des hydrocarbures par temps de pluie pour les bassins étudiés. Quel que soit le site, l'érosion des stocks constitue une source importante de HA et de HAP (40 et 66 % en médiane). Cette contribution semble augmenter avec l'intensité de l'événement pluvieux jusqu'à une intensité limite. A l'échelle de l'observatoire, les eaux de ruissellement contribuent également dans une forte proportion aux flux de HA (54 %), mais dans une moindre mesure aux flux de HAP (17 %). Enfin, les eaux usées représentent une fraction non négligeable des flux de HA et de HAP générés par temps de pluie (10 et 17 % respectivement). Cette étude a également révélé le rôle majeur des effluents domestiques dans la contamination des eaux usées de temps sec en HA et HAP.

Par temps sec comme par temps de pluie, les particules en suspension dans les effluents s'avèrent le principal vecteur des HAP et dans une moindre mesure des HA. La vitesse de chute médiane dépassée par 70 % des particules est assez proche de 1 m/h, valeur souvent prise pour référence dans le dimensionnement des ouvrages de décantation. L'efficacité d'un éventuel traitement par décantation serait meilleure pour les HAP que pour les MES, car les vitesses de chute sur HAP sont nettement supérieures à celles des MES.

L'utilisation des macrophytes pour le traitement des eaux pluviales urbaines s'est récemment développée en France. Adaptées des procédés utilisés pour le traitement des eaux usées, ces techniques bénéficient d'une popularité suscitée par l'utilisation même des végétaux.

Réalisé par un groupe d'élèves de l'ENGREF, ce travail avait pour but d'étudier les fondements scientifiques des méthodes alternatives de traitement des eaux pluviales urbaines par les macrophytes. L'étude s'est plus particulièrement intéressée au cas du traitement des micropolluants par les filtres plantés de roseaux. Ces méthodes, proches de celles déjà existantes pour le traitement des eaux usées, misent sur un pouvoir épuratoire potentiel des plantes, ainsi que sur une optimisation du fonctionnement du filtre, tout en bénéficiant de l'intérêt paysager des plantes.

Les recherches bibliographiques effectuées ont permis de confirmer une possible absorption ou immobilisation des éléments traces métalliques (ETM) par les racines des roseaux, sans toutefois parvenir à une quantification de ce phénomène. Le manque d'étude sur ce sujet est réel.

Par ailleurs, l'optimisation du fonctionnement des filtres par la limitation de son colmatage, la création de conditions favorables à la dégradation des micropolluants organiques par les microorganismes peut également être mis au crédit des plantes utilisées.
Quant au rôle paysager de telles installations, il peut être nuancé. En effet il dépend directement du contexte d'implantation et de la volonté des acteurs à valoriser de telles structures, par exemple, sous forme de parcours pédagogiques.

D'une manière générale, le manque d'études et de retour sur expérience ne permet pas de conclure à un avantage systématique des filtres plantés de roseaux sur les installations traditionnelles de traitement des eaux pluviales. De plus, parmi les sociétés proposant le recours aux méthodes alternatives, certaines semblent vouloir profiter de la sympathie que l'utilisation de ces procédés peut provoquer. En effet, l'absence de normes sur les rejets en sortie d'installation de traitement des eaux pluviales au niveau national, et l'image positive que renvoie le choix d'une méthode alternative à l'apparence plus écologique encouragent des dossiers parfois peu aboutis. Plus problématique, l'entretien à long terme de ces installations n'est encore envisagé par personne. Si l'accumulation de micropolluants dans les parties aériennes des roseaux utilisés reste faible, rendant le compostage de celles-ci possible, le problème de leur accumulation dans le filtre, les rhizomes et les racines n'est pas résolu.

Le manque de résultats sur le rendement des plantes seules empêche à ce stade de dégager une opinion objective sur l'intérêt des techniques alternatives utilisant les macrophytes. Il semble donc primordial d'effectuer des recherches sur la quantification des réactions physico-chimique dans la rhizosphère, sur l'influence du temps de séjour, ainsi que sur les flux de polluants dans des filtres plantés

Ces dispositifs ont un rôle à jouer du point de vue paysager, ainsi que pour la sensibilisation du grand public au problème du traitement des eaux pluviales.
Cependant, cette étude, au travers des personnes interviewées et des publications lues, tend à nous orienter vers une vision positive de ces installations. Malgré le manque de données scientifiques, ce travail confirme donc un rôle potentiel de certains végétaux pour l'optimisation du fonctionnement des filtres. Par ailleurs, les installations utilisant les macrophytes ont un rôle à jouer du point de vue paysager, ainsi que pour la sensibilisation du grand public à la gestion des eaux pluviales.

La région Ile-de-France compte plus de 450 stations d'épuration destinées à traiter les eaux usées issues de réseaux séparatifs ou unitaires. Conçues en priorité pour des effluents de temps sec, elles acceptent également des proportions plus ou moins importantes d'eaux pluviales provenant du ruissellement sur les surfaces urbanisées.

L'étude, à vocation exploratoire, rend compte partiellement des informations disponibles et des exploitations envisageables afin d'évaluer le niveau actuel de traitement des apports par temps de pluie sur les stations d'épuration de plus de 2000 EH. Seules ont été étudiées les stations mises en service à partir de 1995 et situées en dehors du périmètre d'action du Syndicat Intercommunal d'Assainissement de l'Agglomération Parisienne. Cependant, afin de compléter le travail de stage, une synthèse des études réalisées sur cette dernière zone a été effectuée. Les éléments collectés concernent 45 unités d'épuration. Ils sont de consistance très variable. Les secteurs de Meaux et de Melun ont fait l'objet de deux études de cas spécifiques.

Parmi les données recueillies, les éléments concernant le dimensionnement de temps de pluie et les méthodes utilisées sont rares car non archivées par les services opérationnels de l'Agence. Les bilans d'autosurveillance communiqués à l'Agence sur support informatique ou papier, se présentent sous des formes très variables. Les données les plus facilement accessibles se résument le plus souvent à des données mensuelles, peu pertinentes pour évaluer le fonctionnement hydraulique par temps de pluie du système. Une analyse de ce type nécessite en effet des données au pas de temps horaire, à défaut journalier. Sont également indispensables, la connaissance de la pluviométrie associée aux débits sur les principaux points de déversement vers le milieu naturel (déversoirs d'orages, by-pass station, surverse bassin tampon, rejet STEP…), sur tous les points d'entrée de la station et en des points clé tels que vidange du bassin tampon, entrées sur biologique.

Les informations les plus complètes ont été obtenues sur le département de Seine et Marne grâce au SATESE 77. Sur ce territoire, les 25 stations retenues pour l'étude disposent au total d'une capacité de stockage sur bassins tampons proche de
27 000 m3. Sur ce même échantillon, les débits maxima de temps sec et de temps de pluie étaient connus en 2004 pour 22 stations. 17 d'entre elles n'étaient pas en surcharge hydraulique par temps sec. Elles étaient donc susceptibles d'accepter des apports supplémentaires par temps de pluie, dès lors qu'elles se situaient à l'aval d'un réseau unitaire ou mixte, c'est-à-dire dans 14 cas sur 17. Cependant, ces apports dépassaient la capacité hydraulique de la station dans 12 cas dont 4 seulement sont situés à l'aval d'un réseau majoritairement unitaire. De fait, tous les réseaux, à une exception près, connaissent des problèmes majeurs d'eaux claires parasites permanentes ou météoriques (ECPP ou ECPM), mais seules deux stations avaient un fonctionnement jugé insuffisant en 2004. L'une de ces deux stations supporte actuellement des apports d'eaux usées supérieurs à sa capacité hydraulique et massique. Le débit journalier maximum de temps de pluie est en moyenne égal à la somme du volume journalier d'eau usée multiplié par 2,8 et du volume journalier d'eau claire parasite, ce qui est cohérent avec les recommandations T1-2000 pour l'application du fascicule 81-titre II du CCTG (construction de stations de traitement des eaux usées). Ce ratio atteint cependant 6,6 sur la station de Voulx sans pour autant affecter son fonctionnement, jugé très bon par le SATESE 77. Le délai maximum de vidange de 24 heures, préconisé par "La ville et son Assainissement" pour les bassins tampon, semble respecté pour 15 STEP sur 22.

Le traitement des données journalières issues de l'autosurveillance sur la station de Meaux a par ailleurs donné des résultats encourageants. L'exploitation des hauteurs de pluie et des débits moyens en entrée et sortie d'ouvrage a en effet mis en évidence une bonne corrélation des débits entrants avec la pluviométrie. Cette analyse a permis de situer entre 10 et 20 mm par jour, les pluies traitées intégralement sur la filière biologique de la station. Cette dernière ayant été dimensionnée pour accepter une pluie mensuelle de 10 mm sur 1 heure, il n'y a donc pas incohérence entre les bases de dimensionnement et les résultats de fonctionnement. Pousser plus loin l'analyse aurait nécessité des données plus détaillées et des points de contrôle complémentaires.

Les informations recueillies lors de ce stage n'ont pas permis d'effectuer le travail initialement prévu concernant l'évaluation des pressions exercées sur le milieu récepteur par les rejets urbains de temps de pluie d'une collectivité. En effet, aucun des sites investigués ne présentait l'ensemble des conditions requises pour ce genre d'exercice : caractéristiques suffisamment simples pour permettre un traitement des données avec des moyens informatiques limités, données numériques nécessaires disponibles, fréquence d'acquisition et niveau de validation des données compatible avec l'objectif de l'étude.

Quant à l'utilisation des données d'autosurveillance dans le cadre d'études diagnostic et de schémas d'assainissement, elle est tentée sur certains sites avec plus ou moins de succès, les principaux facteurs limitants étant comme précédemment, d'une part la disponibilité de données numériques archivées à un pas de temps suffisant, d'autre part la fiabilité de ces éléments. Si de nombreuses données sont disponibles sur les stations d'épuration, il n'en va pas de même sur les déversoirs d'orage et autres points de rejet au milieu naturel. Des voies d'amélioration pour l'acquisition, l'archivage ou l'exploitation de données ont été proposées à l'issue de ce travail.

La construction de bassins d'orage a connu un développement important à partir du début des années 1990 à la faveur de la loi sur l'Eau et d'une amélioration du dispositif d'aide de l'Agence, initiée dès le début de son 6è programme d'intervention (1992-1996). Cependant, alors que ce type d'ouvrages est devenu presque banal dans la mise à niveau de la plupart des systèmes d'assainissement visés par la Directive "Eaux Résiduaires Urbaines", aucun bilan exhaustif des dispositifs aidés par l'Agence n'existait en Basse-Normandie.

L'étude a donc consisté à recenser les bassins mis en place sur
2,5 départements bas-normands (le sud du département de l'Orne est situé sur le bassin "Loire-Bretagne"). Ils sont au nombre de 68 pour un volume total de 50 000 m3, dont :
- 36 bassins en tête de station pour un volume de 21 190 m3
- 28 bassins en réseau de collecte pour un volume de 28 190 m3
et un montant global de travaux d'environ 21,5 millions d'euros hors taxes (euros constants).

La majeure partie des bassins réalisés se situe sur des systèmes d'assainissement d'agglomération de tailles < 100 000 Equivalents-Habitants et le plus souvent de l'ordre de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d'E.H. Ces travaux concernent surtout des communes littorales présentant un fort enjeu lié à la protection des eaux de baignades et/ou conchylicoles (côtes "touristiques" du Calvados, de l'estuaire de la Seulles à celui de la Seine et région de Granville, dans la Manche en particulier).

Que représente cette capacité de stockage de 50 000 m3 à l'échelle du secteur des Bocages-Normands ? A titre de comparaison, l'agglomération du Havre (76) dispose d'une capacité équivalente sur un seul ouvrage (le bassin du "Port des Régates"). La différence majeure réside dans le fait que le réseau de cette agglomération est unitaire et en grande partie visitable (grands diamètres), alors que la majorité des réseaux bas-normand sont de type séparatif (ou tout au moins "pseudo-séparative") et pratiquement jamais visitables. Cela fourni également une explication sur la taille relativement modeste des bassins mis en place (< 2 500 m3). Ces bassins sont généralement dimensionnés, selon l'usage dans la région, pour intercepter une pluie de projet de 25 mm sur 24 heures (tout au moins en théorie), qui correspond approximativement à un événement de fréquence de retour semestrielle ; ce qui est relativement important pour des effluents ayant essentiellement vocation à être traités en station d'épuration.

Par ailleurs, l'observation visuelle d'effluents très chargés sur des bassins en phase de fonctionnement (remplissage ou vidange), ou sur des boues déposées en fond de ces bassins, permet de penser qu'ils présentent une efficacité élevée sur l'interception des Matières En Suspension (MES) et des Matières Organiques (MO). Les données acquises au moyen des équipements d'autosurveillance en place pourraient à ce titre être exploitées de manière plus ciblée, de façon à estimer les gains - incontestablement positifs - en matière de rétention et d'élimination de pollution.

La finalité de l'étude consistait, grâce à un partenariat avec des collectivités volontaires, à recueillir des données techniques et à les exploiter, mais aussi et surtout à expertiser ces données et à en évaluer la qualité et l'intérêt pour un opérateur public intervenant à une échelle globale telle que l'agence.

A ce titre, l'étude confirme bien qu'à l'échelle de la Basse-Normandie, le niveau d'équipement des collectivités en matière d'autosurveillance reste encore peu développé pour qu'un nombre significatif de communes s'engagent dans une démarche de diagnostic permanent. Cet état de fait peut avoir plusieurs explications :
- Les services de police de l'eau et de l'agence restent globalement focalisés sur les données de fonctionnement des stations d'épuration qui sont les plus facilement accessibles et qui sont maintenant parfaitement maîtrisables et maîtrisées.
- La débitmétrie en réseau d'assainissement est relativement complexe à mettre en œuvre et surtout à maintenir opérationnelle dans le temps.
- Les collectivités les plus motivées se heurtent le plus souvent à des difficultés qu'elles jugent insurmontables : positionnement des points de mesure à adapter à l'existant, problèmes d'entretien (bouchage), vieillissement prématuré d'équipements placés en atmosphère hostile, coût de maintenance et de renouvellement du matériel (évolution rapide des technologies dans les domaines de la téléphonie et de l'informatique).
- La faible compétence des bureaux d'études dans ces domaines a également été rapportée à plusieurs reprises par les collectivités ou leurs exploitants. L'absence pure et simple de dispositifs de mesure sur certains ouvrages (DO ou bassins), de construction récente et pourtant visés par la réglementation, semble confirmer ces assertions.
- En l'absence d'une pression réglementaire forte sur ce thème, les collectivités ne voient d'ailleurs pas l'intérêt de s'engager davantage dans des investissements qu'elles ne jugent pas techniquement fiables et qui conduisent - quand ils fonctionnent - à une production considérable de données qu'elles n'ont pas les moyens humains de traiter. En d'autres termes, la gestion au quotidien des installations ne laisse que peu de place à un travail de fond sur cette question, sauf à entreprendre une démarche de qualité environnementale (type 14 001 par exemple).

La question de la fiabilité de la donnée recueillie est également clairement posée dans cette étude. Ainsi, les données pluviométriques doivent être exploitées avec la plus grande prudence pour interpréter les résultats et déterminer l'origine des phénomènes observés. Il serait utile de disposer d'enregistrements continus des précipitations, ce qui est techniquement possible à un coût raisonnable.

En ce qui concerne la mesure des débits, leur estimation indirecte par enregistrement des temps de pompage est apparue comme une donnée intéressante, en particulier pour la sectorisation des réseaux. Cela doit d'ailleurs permettre à moyen terme de fournir une source d'informations utilisable, pour peu qu'elle soit valorisée.

Finalement, le constat reste globalement positif puisque les exploitants des systèmes d'assainissement équipent peu à peu leurs installations de dispositifs de télésurveillance et de télégestion ; ce qui laisse entrevoir des perspectives intéressantes à moyen/long terme sur le sujet, notamment au niveau des données à exploiter dans le cadre des études de diagnostic. Le renforcement de la réglementation par la révision du Décret de 1994, qui réaffirme l'importance de l'autosurveillance, et une plus forte exigence de l'agence, constitueraient incontestablement les éléments moteur dans ce domaine.