Gestion des pollutions urbaines

Dans le domaine de l’assainissement collectif, les activités de l’Onema viennent en appui au plan national sur l’assainissement collectif 2012-2018 qui est également décliné spécifiquement pour chaque DROM.
Ce plan vise notamment à achever la mise en œuvre de la Directive européenne du 21 mai 1991 relative au traitement des eaux urbaines résiduaires (DERU). Ces obligations sont actuellement inscrites dans le code général des collectivités territoriales et dans l’Arrêté du 21 juillet 2015, remplaçant l’Arrêté du 22 juin 2007, relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations d’assainissement ainsi qu’à la surveillance de leur fonctionnement et de leur efficacité, et aux dispositifs d’assainissement non collectif recevant une charge brute de pollution organique supérieure à 1,2 kg/j de DBO5.

Le groupe de travail EPNAC (évaluation des procédés nouveaux d’assainissement des petites et moyennes collectivités)

Le groupe de travail EPNAC a été mis en place par Irstea en 2008 afin de répondre aux difficultés rencontrées par les petites et moyennes collectivités face à la diversité et au très fort rythme d’évolution des procédés de traitement des eaux usées et des boues. Ce groupe de travail rassemble en plus d’Irstea, les Agences de l’Eau (AE) et l’Onema (financeur principal du groupe de travail), la Direction de l’Eau et de la Biodiversité (DEB), plusieurs Directions Départementales des Territoires (DDT), plusieurs Services d’Assistance Technique aux Exploitants de Stations d’Epuration (SATESE) et l’Office International de l’Eau (OIEau).

Ce groupe de travail met en ligne des documents de référence via un site internet dédié : http://epnac.irstea.fr/. Il s’engage notamment à publier régulièrement :

des fiches techniques d’analyse critique des procédés nouveaux :

• en 2013, sur les filtres à coco pour le petit collectif (1) et la filière Combipur de Epur Nature (2)
• en 2014, sur la filière Ecophyltre de Jean Voisin (3)
• en 2015, sur la filière Filtre vertical saturé/non saturé (4)

des guides d’exploitation de filières de traitement des eaux :

• en 2013, sur les filtres plantés de roseaux (5)
• en 2014, sur les ouvrages de traitement par boues activées (6)
• en 2015, sur les bio-disques (7)

d’autres documents techniques sur divers procédés tels que :

• les Lits de Séchage Plantés de Roseaux (LSPR) (8)
• les Filtres Plantés de Roseaux (FPR) (9)
• les Zones de Rejets Végétalisées (ZRV) (10)

Les filtres plantés de roseaux ou FPR

Il existe aujourd’hui en France plus de 2 000 stations utilisant des Filtres Plantés de Roseaux (FPR) pour le traitement des eaux usées (station généralement de petites collectivités, de capacités inférieures à 2 000 EH). Le Filtre Planté de Roseaux est une technique d’épuration relativement récente basée sur l’optimisation de processus naturels, ce qui est conforme à un principe d’ingénierie écologique (46).
L’eau brute percole à travers un lit filtrant drainé sur un fond rendu étanche par une géo-membrane. Les Matières En Suspension (MES) sont ainsi retenues en surface du filtre (épuration résiduaire) et la matière organique est minéralisée en profondeur du filtre par des colonies bactériennes (épuration biologique). L’Onema finance des actions de recherche permettant d’aider les décideurs et les professionnels de l’eau dans leurs choix de dimensionnement et d’exploitation de ces FPR. Des rapports de retours d’expérience sur des FPR installés en Guyane (11) et à Mayotte (12) sont disponibles sur le site de l’Onema.

L’Onema finance également depuis 2011 le projet ATTENTIVE (Assainissement des eaux usées adaptées au contexte Tropical par Traitement ExTensifs uTilIsant des VEgetaux). Ce projet se caractérise par des suivis in-situ de sites de démonstration en Martinique et en Guadeloupe, couplés à des essais sur pilotes expérimentaux, qui permettront à terme de réaliser un guide de dimensionnement et un guide d’exploitation des Filtres Plantés de Végétaux en climat tropical (13). Le projet ATTENTIVE a été élu lauréat du grand prix national du génie écologique 2014 (14).

Les zones de rejets végétalisées ou ZRV

Les Zones de Rejet Végétalisées (ZRV) sont des espaces aménagés entre la station d’épuration et le milieu récepteur afin de contribuer à la réduction de l’impact des rejets des stations de traitement des eaux usées sur le milieu naturel. Ces espaces ne font pas partie de la station de traitement des eaux usées ; les objectifs de qualité réglementaires restent donc imposés au rejet de la station. Les Zones de Rejet Végétalisées sont des réalisations simples, souvent construites sur un sol en place, utilisant les trois compartiments sol-végétal-eau, chacun de ces trois compartiments pouvant contribuer à réduire la quantité et à améliorer la qualité des eaux traitées rejetées au milieu naturel. Il s’agit de mobiliser des processus naturels des écosystèmes, ce qui est conforme à un principe d’ingénierie écologique (46).
Ces techniques représentent un potentiel de traitement très prometteur vis à vis de l’élimination des substances micropolluantes, à faible empreinte environnementale mais dont l’efficacité à grande échelle est pour l’instant peu connue. En effet, il n’existe aujourd’hui aucune règle de conception de ces zones. Pour éviter que ces aménagements ne conduisent à une dégradation du rejet de la station de traitement des eaux usées mais permettent au contraire d’améliorer la protection des milieux, tout particulièrement en période d’étiage, il convient de mieux cerner les mécanismes mis en jeu pour aboutir à la mise en œuvre de solutions techniques fiables et efficaces.

Deux projets d’envergure, pilotés par Irstea, sont en cours : un premier avec la collaboration de Bordeaux Métropole (projet Biotrytis) et un second avec celle de Nîmes Métropole (projet Marguerittes). Les résultats de suivi de ces sites-pilotes, couplés aux résultats des autres sites suivis au niveau national (projets soutenus par les Agences de l’eau notamment) et à une recherche plus fondamentale sur les transferts et la rétention des micropolluants permettront d’aboutir, en 2018, à l’élaboration d’un guide de dimensionnement des Zones de Rejets Végétalisés.

L’assainissement non collectif ou ANC

L’Assainissement Non Collectif (ANC), aussi appelé assainissement autonome ou individuel correspond à tout système d’assainissement effectuant la collecte, le prétraitement, l’épuration, l’infiltration ou le rejet des eaux usées domestiques des immeubles ou maisons d’habitations individuelles non raccordés au réseau public d’assainissement, (soit le cas pour environ 10% de la population française). Les activités relatives à l’assainissement non collectif de l’Onema viennent en appui aux Plans d’Actions Nationaux sur l’Assainissement Non Collectif (PANANC) (2009-2013 et 2014-2019). Ces derniers permettent notamment d’accompagner les acteurs de l’ANC à la mise en œuvre de nouveaux arrêtés réglementaires pris en application de la Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques. Ces arrêtés sont relatifs aux prescriptions techniques applicables aux installations (Arrêté du 7 septembre 2009, modifié par l’Arrêté du 7 mars 2012), aux missions de contrôle des installations (Arrêté du 7 septembre 2009, remplacé par l’Arrêté du 27 avril 2012) et aux modalités de vidange des installations (Arrêté du 7 septembre 2009, modifié par l’Arrêté du 10 décembre 2010).

Depuis 2011, l’Onema finance des actions de recherche permettant d’optimiser la conception, l’exploitation et le suivi/contrôle de ces procédés d’ANC. Sont aujourd’hui disponibles sur le site de l’Onema, ...

des études méthodologiques de suivi in situ des installations d’ANC :

• Utilisation de bandelettes pour la mesure des rejets azotés et l’estimation du fonctionnement de certains dispositifs d’ANC (15)
• Méthodologie de détermination de la quantité et de la qualité des eaux usées brutes et des eaux usées traitées - Méthodologie d’acquisition et de traitement des données (16).

des analyses de fonctionnement et de performance de différents procédés d’ANC :

• Comparaison théorique de dispositifs d’ANC, les filières par cultures fixées sur support grossier (17)
• Analyse du fonctionnement des cultures fixées sur support fin compact (18).

L’amélioration de la performance technique des services d’assainissement

A travers des objectifs ambitieux de restauration et de maintien du « bon état » des masses d’eau, la directive cadre sur l’eau renforce les besoins d’optimisation des systèmes d’assainissement. Une gestion éclairée du réseau et de son développement futur exige une connaissance fine de son fonctionnement en matière de flux de pollution véhiculés par temps sec et par temps de pluie. Le suivi et la caractérisation des effluents urbains apparaissent donc indispensables à une amélioration de la performance des systèmes d’assainissement. Dans cette perspective, l’Onema a financé, en 2013 et 2014, une action visant à valoriser les travaux menés en collaboration entre le LEESU, l’IFSTTAR, l’INSA Lyon et le GEMCEA sur la mise en œuvre de la mesure en continu de la turbidité en réseau d’assainissement. Un guide technique sur le mesurage de la turbidité dans les réseaux d’assainissement est aujourd’hui disponible (19).

• (1) Etude des filtres à coco pour le petit collectif
• (2) La filière Combipur de Epur Nature
• (3) La filière Ecophyltre de Jean Voisin
• (4) La filière Filtre vertical saturé/non saturé : en cours de publication sur le site de l’EPNAC
• (5) Les filtres plantés de roseaux
• (6) Les ouvrages de traitement par boues activées
• (7) Les bio-disques : en cours de publication sur le site de l’EPNAC
• (8) Les Lits de Séchage Plantés de Roseaux (LSPR)
• (9) Les Filtres Plantés de Roseaux (FPR)
• (10) Les Zones de Rejets Végétalisées (ZRV)
• (11) Les retours d’expérience sur des FPR installés en Guyane
• (12) Les retours d’expérience sur des FPR installés à Mayotte
• (13) ATTENTIVE : des filières innovantes pour traiter les eaux usées en Outre-Mer
• (14) Le projet ATTENTIVE, lauréat du grand prix national du génie écologique 2014
• (15) Utilisation de bandelettes pour la mesure des rejets azotés et l’estimation du fonctionnement de certains dispositifs d’ANC
• (16) En cours de publication
• (17) En cours de publication
• (18) En cours de publication
• (19) Guide technique sur le mesurage de la turbidité dans les réseaux d’assainissement

Dans le domaine du traitement et de la valorisation des boues, les activités de l’AFB viennent en appui au plan national sur l’assainissement collectif 2012-2018 qui inclut le volet « boues ».

Les boues issues du traitement des eaux usées sont un déchet d’assainissement qu’il est indispensable de gérer. L’Onema finance de nombreux projets de recherche permettant d’améliorer les connaissances en termes d’analyse, de traitement et d’évaluation de l’impact sur les sols lors des activités d’épandage agricole (valorisation) de ces boues. Trois documents sur ce thème sont aujourd’hui disponibles : Opportunité de mise en place d’un agrément des laboratoires pour certains types d’analyses de boues (20) ; Quels besoins de recherche dans le domaine de la digestion anaérobie des boues résiduaires ? (21) ; Evaluation des flux de micropolluants prioritaires et émergents sur les sols via les apports de produits résiduaires organiques (22).

Le Lit de Séchage Planté de Roseaux ou LSPR est une technique de traitement des boues pratiquée en France depuis le début des années 90 qui est, comme la technique de Filtres Plantés de Roseaux pour le traitement des eaux usées, basée sur l’optimisation de processus naturels (principe de l’ingénierie écologique (46). Elle repose ainsi sur la mise en place d’un massif filtrant reconstitué, de granulométrie croissante de la surface vers le fond et drainé, sur lequel des boues sont progressivement disposées et dans lequel des roseaux se développent. Ce procédé souffre en France d’une méconnaissance non seulement des règles de dimensionnement mais aussi de gestion des ouvrages permettant l’obtention de siccités satisfaisantes au curage. Un guide a été produit en 2013 par Irstea afin d’aider les décideurs et les professionnels de l’eau pour la conception et l’exploitation de ces LSPR (23).

• (20) En cours de publication
• (21) Quels besoins de recherche dans le domaine de la digestion anaérobie des boues résiduaires ?
• (22) Evaluation des flux de micropolluants prioritaires et émergents sur les sols via les apports de produits résiduaires organiques : efficacité des procédés de traitement et impact potentiel sur les plantes et les écosystèmes aquatiques
• (23) Les lits de séchage de boues plantés de roseaux pour le traitement des boues et des matières de vidange
• (46) Ingeniérie écologique appliquée aux milieux aquatiques ; pourquoi ? Comment ?

Face aux pressions croissantes sur la ressource en eau, les projets de Réutilisation des Eaux Usées Traitées (REUT ou REUSE en anglais) dans le secteur agricole se développent et proposent une alternative aux prélèvements traditionnels dans le milieu en recyclant les eaux usées traitées en sortie de station de traitement des eaux usées. Afin de mieux appréhender ces techniques de réutilisation des eaux usées traitées, Irstea produit depuis 2008 des documents scientifiques et techniques sur ce thème : état de l’art des technologies disponibles en vue d’une réutilisation des eaux usées traitées et un retour d’expériences de pays méditerranéens (24) ; analyses coûts-bénéfices sur trois cas d’études français de mise en œuvre de projets de réutilisation des eaux usées traitées (25) ; étude sur les limites d’utilisation de l’aspersion en réutilisation d’eaux usées traitées (26) ; étude sur le stockage des eaux usées traitées en vue de leur réutilisation (27).

• (24) Technologies d’épuration en vue d’une réutilisation des eaux usées traitées (REUT)
• (25) Analyses coûts-bénéfices sur la mise en oeuvre de la REUSE
• (26) En cours de publication
• (27) Stockage des Eaux Usées Traitées en vue de leur réutilisation - Etat de l’art

L’efficacité d’une station d’épuration se mesure par la qualité de ses rejets, mais ce traitement est obtenu au prix d’autres impacts environnementaux qui se produisent lors de la construction, de l’exploitation, du fonctionnement et du démantèlement du système d’assainissement dans sa globalité. Les bilans environnementaux et les Analyses du Cycles de Vies (ACV) des systèmes d’assainissement permettent aux décideurs et aux professionnels de l’eau d’obtenir les éléments nécessaires à un choix objectif lors de ces différentes phases.

Dans le cadre de sa programmation 2013-2015 et afin de mieux comprendre l’impact environnemental des systèmes d’assainissement, l’Onema a financé des actions de recherche sur le protoxyde d’azote (N2O), puissant gaz à effet de serre (320 fois plus puissant que le gaz carbonique) émis lors du traitement des eaux usées. Deux études sont disponibles sur le sujet. Elles ont permis de définir un protocole de mesure d’émission de ces N2O (29) et de réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques sur les émissions de N2O de différents procédés de traitement des eaux urbaines résiduaires (30).

Le logiciel ACV4E, outil informatique innovant né d’un projet de recherche Onema-Irstea, permet quant à lui d’évaluer l’impact environnemental global de différentes filières de traitement des eaux usées à partir de plusieurs paramètres tels que l’accentuation des effets du changement climatique, l’acidification des milieux, l’eutrophisation des eaux, l’occupation de terre, l’épuisement des ressources etc. Il a été élu lauréat 2015 du Trophée de la Recherche Publique organisé par l’ADEME au salon World Efficiency, nouveau nom du salon Pollutec Paris (31).

Des études ont également été portées par l’Onema afin de mieux définir l’impact des filières de traitement et de valorisation des boues des systèmes d’assainissement via les retours en tête, les consommations énergétiques, les consommations en polymères etc. Cinq rapports sont disponibles sur ce sujet : un rapport d’enquête en France (32) des études de l’impact de la digestion anaérobie sur les performances épuratoires et sur les filières de traitement des boues (33)(34) ; une étude méthodologique et un bilan des données d’inventaires de gaz à effet de serre (35) ; un inventaire du Cycle de Vie et une étude sur les principales sources d’optimisation des filières de traitement et de valorisation des boues (36).

• (29) Protocoles de mesure des émissions de N2O dans les procédés de traitement des ERUs
• (30) Emissions de N2O dans les procédés de traitement de ERUs
• (31) Evaluer l’impact environnemental des systèmes d’assainissement
• (32) En cours de publication
• (33) Etude de l’impact de la digestion anaérobie sur les performances épuratoires d’une STEU
• (34) En cours de publication
• (35) Bilan environnemental des filières de traitement et de valorisation des boues issues du traitement des eaux usées
• (36) Inventaire de l’Analyse du Cycle de Vie des filières de traitement et de valorisation des boues

Lors d’évènements pluvieux, les flux d’eaux pluviales peuvent être trop importants pour être gérés par les systèmes d’assainissement mis en place. En plus du risque d’inondation par débordement des réseaux (première cause de catastrophe naturelle en France), il existe alors un risque important de pollution du milieu naturel. En effet, lorsque les flux sont tels qu’ils ne peuvent être traités en station de traitement des eaux usées, ils sont rejetés sans traitement au milieu récepteur. Ils constituent alors une cause majeure de dégradation de la qualité des milieux aquatiques aussi bien en termes écologique (impacts morpho-dynamique, apports de matières organiques et de micropolluants, etc.) qu’en termes d’usages (les rejets urbains de temps de pluie constituent par exemple la première cause des interdictions de baignade).

Limiter l’impact du rejet des eaux urbaines s’inscrit au cœur de la politique publique de préservation des ressources aquatiques, notamment de la directive européenne cadre sur l’eau. La question de la gestion intégrée des eaux pluviales prend ainsi une importance croissante et s’inscrit dans le contexte des réflexions sur la ville durable. Ces dernières portent sur des aspects très variés qui intègrent la gestion à la parcelle ou encore le développement de techniques alternatives à la place du "tout tuyau". En effet, la gestion des eaux pluviales s’opère de plus en plus à la source par la conception et l’aménagement d’ouvrages de gestion de proximité, qui associent généralement une fonction paysagère avec plantation de végétal. Toutes les techniques durables de gestion des eaux pluviales peuvent être vues comme des solutions relevant de l’ingénierie écologique (46).

En 2011, dans le cadre du Grenelle de l’Environnement, l’Onema a financé sur la période 2011-2013 des actions partenariales de recherche et innovation portées par le CEREMA et l’IFSTTAR relatives à la Gestion Durable des Eaux Pluviales (GDEP) en zones urbaines. Cinq livrables produits dans le cadre de ce programme de recherche sont disponibles : Connaissance des pratiques d’entretien des surfaces sur un petit bassin versant urbain (37) ; Panorama international de l’utilisation de l’eau de pluie – Volume 1 : Etude de cas (38) ; Volume 2 : Enseignements pour le cas français (39) ; Comparaison des pratiques d’entretien des surfaces urbaines entre le bassin versant du Pin sec (Nantes) et un écoquartier adjacent - Cas de pesticides et des métaux traces (40) ; Impact des rejets urbains de temps de pluie sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques - Mise au point d’outils pour la surveillance des milieux récepteurs (41).

Un colloque de restitution du programme de recherche Gestion Durable des Eaux Pluviales intitulé : « Quelles innovations pour la gestion durable des eaux pluviales en milieu urbain ? » a été organisé du 3 au 5 décembre 2013. Les résultats de ces journées d’échange sont disponibles sur le site internet dédié à cette rencontre : http://inogedep2013.sciencesconf.org/.

Pour aller plus loin, l’Onema s’engage, dans le cadre de sa programmation 2016-2018, à soutenir les actions d’un nouveau programme de recherche porté par le CEREMA et l’IFSTTAR, suite du programme Gestion Durable des Eaux Pluviales, intitulé Gestion Intégrée de l’Eau en Milieu Urbain (GIEMU). Ce programme de recherche permettra notamment de disposer à terme d’une meilleure caractérisation de la qualité et des flux des eaux pluviales issues du ruissellement.

Ces deux programmes de recherche (GDEP et GIEMU) rassemblent les acteurs français reconnus sur la problématique de la gestion des eaux pluviales et utilisent notamment les données des trois observatoires français en hydrologie urbaine (OPUR - Région Ile-de-France (42), OTHU - Grand Lyon (43) et ONEVU - Nantes Métropole (44). Pour renforcer leur capacité de recherche sur le cycle urbain de l’eau dans ses dimensions eaux usées et eaux pluviales, ces trois observatoires sont aujourd’hui réunis au sein du réseau URBIS SOERE Environnement urbain (45).

• (37) Connaissance des pratiques d’entretien des surfaces sur un petit bassin versant urbain
• (38) Panorama international de l’utilisation de l’eau de pluie Volume 1 : Etudes de cas
• (39) Panorama international de l’utilisation de l’eau de pluie Volume 2 : Enseignements pour le cas français
• (40) Comparaison des pratiques d’entretien des surfaces urbaines entre le bassin versant du Pin Sec (Nantes) et un écoquartier adjacent
• (41) En cours de publication
• (42) OPUR - Observatoire des polluants urbains en Ile-de-France
• (43) OTHU - Observatoire de terrain en hydrologie urbaine
• (44) ONEVU - Observatoire nantais des environnements urbains
• (45) URBIS SOERE Environnement urbain
• (46) Ingeniérie écologique appliquée aux milieux aquatiques ; pourquoi ? Comment ?