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Filière compacte
La station de Bélarga et Campagnan est exceptionnelle à plusieurs égards. En particulier, elle porte à 1700 et potentiellement à 2400 EH la filière dite « compacte » en un seul étage recirculé, appliquée ailleurs mais sur des capacités limitées, inférieures à 1000 eh.
Cette filière suscite un intérêt croissant, dans le sillage du succès asymptotique du procédé FPR*, bridé cependant par l’étendue du terrain nécessaire à la filière « française » en deux étages juxtaposés. Elle a fait l’objet très récemment (au congrès IWA de 2010) d’une communication du Cemagref basée sur un suivi de dix-huit mois, entre 2008 et 2010, de la station de Saint-Thibaud en Savoie, 800 eh**. Elle réduit les coûts de 20 à 30 %, les emprises foncières de 20 à 50 % pour une performance similaire. A réserver toutefois aux maîtres d’œuvre et aux constructeurs spécialisés en FPR, car les marges de sécurité sont plus serrées.
L’extension de la filière compacte au dessus de 1000 EH s’inscrit dans le contexte très actuel de l’affrontement entre procédés intensifs et extensifs sur deux fronts : le remplacement des stations des années 1960-1970 et l’extension de l’obligation de traitement aux dernières communes non équipées. Affrontement, pour tout dire, au delà des procédés techniques, entre deux approches très contrastées de l’organisation du territoire et de la gestion des équipements publics : approche industrielle pour l’intensif, approche plus naturelle et conviviale pour l’extensif***.
* Le triomphe du FPR
En France, le procédé FPR est passé en dix ans, de 2000 à 2010, de dix à deux mille stations, soit de 0.05 à 12 % du parc (sur base de 17 000 stations urbaines) soit une croissance supérieure à celle du lagunage dans les années 1970, sans équivalent dans le monde, qui consacre une sorte d’exception française en la matière. Ceci uniquement en traitement d’eaux usées domestiques, sans compter les applications en traitement de boues, en assainissement individuel, en traitement d’eaux pluviales, agricoles, industrielles…
** L’étude de Saint-Thibaud
Référence : Prost-Boucle S., Molle P., Recirculation on a single stage of vertical flow constructed wetland: Treatment limits and operation modes. IWA 2010.
Programme expérimental : mesures en entrée et en sortie des flux hydrauliques, des débits, des concentrations en DBO5, DCO, MES, N-NH4 et N-NO3, pour des charges hydrauliques de 0.40 à 0.75 m par jour et des taux de recirculation de 50 à 200 % correspondant à des charges journalières entre 300 et 670 gDCO/jour ; calcul des performances au passage des eaux brutes sur le filtre et sur l’ensemble de la station, y compris recirculation. Ci-dessous, quelques résultats sur l’ensemble de la station.
DBO5, DCO, MES : rendements réguliers, toujours supérieurs à 80 % et souvent proches de 90 %, même avec de fortes charges en entrée (> 0.7 m/j, > 250 gMES/m2.j, jusque 600 gDCO/m2.j) ; les teneurs en sortie de filtre remontent en cas de charges fortes en entrée (DBO5 > 350 mg/l par exemple) mais peuvent être abattues avant rejet par un traitement complémentaire, de type fossé filtrant par exemple.
NTK : rendements similaires à la filière classique, de 50 à 60 % même pour des charges élevées en entrée de station (45 gNK/m2.j. par exemple), un peu moins pour les charges hydrauliques en entrée supérieures à 0.7 m/j, surtout en hiver ; la teneur NTK en sortie est toujours inférieure à 30 mg/l dans les conditions suivantes :
- surface de filtre : 1.5 m2/eh
- recirculation 100 % (optimum selon l’expérimentation : de 50 à 200 %)
- alternances service/repos de 3.5 jours/7 jours.
Teneurs moyennes en sortie avec une recirculation de 100 %, une charge hydraulique de 0.4 m/j, une charge organique de 300 gDCO/m2.j : 14 mg/l en DBO5 ; 73 mg/l en DCO ; 19 mg/l en MES ; 19 mg/l en NTK.
*** Intensif/extensif
Les procédés intensifs de traitement d’eaux usées utilisent des équipements complexes dans des mises en œuvre de type industriel imposant un entretien quotidien par une entreprise spécialisée. Les procédés extensifs exploitent les mêmes mécanismes biologiques mais dans des mises en œuvre plus rustiques, apparentées à celles de la nature, avec un entretien proche du jardinage à la portée d’ouvriers non qualifiés.
Combien ça coûte ?
Hier
Le SIVU de Bélarga et Campagnan assure la gestion des systèmes d’assainissement des deux communes depuis sa création en 2005, moyennant quelques dépenses bien entendu : salaires des ouvriers, notes d’eau et d’électricité, primes d’assurance, factures des entreprises extérieures pour le curage des réseaux, les grosses réparations, l’évacuation des boues… Au temps des deux stations d’épuration communales, les dépenses étaient de l’ordre de 20 000 €/an (10 000 € pour les stations d’épuration, 10 000 € pour les réseaux)… pour un résultat décevant, notamment sur la qualité des eaux rejetées.v
Aujourd’hui
Depuis la mise en service de la station d’épuration intercommunale (et la démolition des anciennes stations) au printemps 2010, le système d’assainissement comprend deux réseaux de collecte (un pour chaque village), deux adductions et une station d’épuration par filtres plantés, avec un coût d’exploitation prévisionnel de 20 000 €/an également, hors amortissements, dont une moitié pour la station, l’autre pour les réseaux. Pas de grosse économie au départ donc mais une fiabilité accrue à la fois sur le fonctionnement des ouvrages et la qualité du rejet dans le Dardaillon.
Demain
L’accroissement de la population augmente les débits à pomper donc les coûts énergétiques et le SIVU devra assurer en outre le remplacement progressif des ouvrages les plus anciens, car un réseau d’assainissement est un peu comme une cathédrale : quand on a fini de ravaler la dernière colonne, il est temps de recommencer à la première.
Une flambée de l’énergie aurait une incidence limitée car les postes de refoulement et la station par filtres plantés consomment très peu d’énergie. Au tarif actuel, la facture EDF de la station ne dépassera pas 1000 € (près de 4 000 € pour les deux stations initiales). A terme, la dépense annuelle par abonné y compris remplacements et amortissements sera de l’ordre de 40 000 € : 500 abonnés = 80 € par abonné par an, soit 0.07 € par jour et par personne. 7 centimes par jour pour le retour du poisson dans le Dardaillon !
Les anciennes stations
Le marché de réalisation d’Epur Nature prévoit de démolir les vieilles stations d’épuration de Bélarga et de Campagnan, remplacées par la nouvelle station FPR, et d’abord d’évacuer les boues et les eaux usées restant dans les bassins. Or ces boues sont des déchets au sens de la réglementation, elles sont chargées en polluants, on ne peut donc pas les mettre n’importe où. La solution adoptée consiste à les pomper dans un camion hydrocureur, c'est-à-dire un camion citerne équipé pour la vidange des fosses septiques ou le curage des réseaux d’assainissement, de les transporter à la nouvelle station et de les épandre sur le filtre planté.
Le transport des 200 m3 d’eaux et de boues contenues dans les ouvrages des deux anciennes stations nécessitera environ 20 navettes de 10 m3 chacune. Ces navettes seront étalées sur deux semaines pour éviter de stresser les roseaux par un apport de pollution brusque et important.
Pour fixer les idées, la nouvelle station reçoit chaque jour environ 1000 eh x 0.18 m3/j.eh = 180 m3/jour d’eaux usées en provenance des deux communes. Un apport de boues de 40 m3/j, soit 4 camions, représente donc une dilution de 40/180 soit 1/4.5. Chaque m3 de boues est dilué dans 4.5 m3 d’eaux usées ordinaires.
Avantage 1 : amélioration du dépôt en surface du filtre donc de l’étalement des eaux brutes à la sortie des colonnes d’alimentation. Avantage 2 : réduction des transports de boues par rapport à la solution de dépotage à La Céréreide, la station d’épuration de l’agglomération de Montpellier située à Lattes.
Mise en eau
La station d’épuration est en service depuis le 23 juin. Les adductions des deux villages également, ce sont elles qui l’alimentent en eaux usées, qui la nourrissent en quelque sorte. Pas de complication à la naissance, les maires et le bébé se portent bien, mais l’équipe technique reste en place et ouvre l’œil, en cette période délicate de croissance et de développement du nourrisson. Les entreprises sont mobilisées pour une année encore, correspondant à la période de garantie. Et il reste quelques travaux, différés pour différentes raisons. En particulier, l’enherbement général du site de la station et la plantation de la haie sont prévus à l’automne, pour bénéficier des premières pluies.
Les promeneurs auront remarqué l’importance du débit véhiculé par le fossé de dissipation en sortie du filtre, dans les premiers jours. Explication : aux eaux usées en provenance des deux villages s’ajoutaient pendant quelques jours les eaux de pluie accumulées dans le filtre depuis la pose de la membrane en décembre 2009. Le débit au rejet dans le Dardaillon est beaucoup plus faible maintenant ; il sera plus faible encore quand l’enherbement du fossé réduira la vitesse d’écoulement et facilitera l’infiltration.
La fin du chantier se précise
Les travaux des adductions et de la station d’épuration s’achèvent. Les trois sites (la station et les postes de relevage des deux villages) seront alimentés en électricité au cours de la semaine du 7 juin et la mise en eau est prévue pour la semaine du 14 juin. Le chantier ne sera pas terminé pour autant ; la mise en eau ouvre une période de mise au point, d’essais, de contrôles… qui durera plusieurs semaines.
Mais les eaux usées seront traitées dorénavant par la nouvelle station, les anciennes stations étant déconnectées et démolies.
La mise en route est une étape très active du chantier. Il faut finir les équipements, planter les roseaux, achever les raccordements, réparer les imperfections inévitables… Idem pour les postes de relevage et les adductions. Les roseaux sont plantés au dernier moment car ils ont besoin des eaux usées pour survivre, surtout à cette époque déjà chaude de l’année.
Les entreprises restent présentes ensuite pour une période de mise au point, clôturée par la réception provisoire des ouvrages, et une période de garantie d’un an qui sera marquée par quelques travaux : essais de garantie, plantation de la haie et des espaces libres, formation du personnel d’exploitation… Les essais de garantie sont basés sur un « bilan 24 heures » : une entreprise spécialisée indépendante analyse la qualité de l’eau en entrée et sortie de station sur 24 heures consécutives, calcule les rendements et vérifie la conformité de la station o la « norme de rejet » c'est-à-dire aux performances imposées par l’Administration.
Bilan du chantier
Les travaux se sont déroulés correctement, sauf le retard du fait des intempéries fin 2009 et début 2010. La station est donc conforme aux prévisions, sauf l’ajout d’un dégrilleur automatique en entrée de station. Le SIVU s’était prononcé d’abord pour un dégrilleur manuel et la solution automatique est venue après réflexion. La station sera mise en route sans dégrilleur ; celui-ci sera installé ultérieurement, vu les délais de livraison.
Le rôle du dégrilleur est de retenir les solides transportés par les eaux usées : bouteilles, flacons, textiles sanitaires… Ceux-ci sont retenus sur une grille et doivent être évacués par l’ouvrier chargé de la station. Ils seront moins importants (et le travail de l’ouvrier plus simple) si les habitants évitent de jeter des solides dans leurs WC.
La qualité des cours d'eau
Une station d’épuration est un ouvrage d’assainissement et l’assainissement s’inscrit dans un contexte : la qualité des « milieux récepteurs » c'est-à-dire des lacs, des étangs, des nappes phréatiques, des rivières, des ruisseaux… qui recueillent les eaux usées à la sortie des égouts. Elle ouvre donc la question de la qualité de ces milieux, passée, actuelle et future.
La qualité des rivières s’est beaucoup détériorée avec la création des réseaux d’eau potable et des systèmes d’égout, à partir des années 1930. Les gens ont installé des salles de bain, des WC, des machines à laver… Ils se sont mis à se laver, à tirer la chasse, à faire tourner les machines et ainsi à envoyer des eaux dans l’égout et de là à la rivière, toutes au même endroit.Un ruisseau comme le Dardaillon, où les gens ont pêché et se sont baignés jusque dans les années 1950, est devenu impraticable, même après la construction de la station d’épuration de Bélarga.
D’où les programmes de rétablissement de la qualité des cours d’eau, encadrés par des directives européennes d’abord, ensuite par des lois et arrêtés français. La DCE – Directive cadre sur l’eau d’octobre 2000, inscrite en droit français par l’arrêté du 21 avril 2004, fixe une qualité de référence exprimée notamment par les teneurs plafonds des différents polluants (DB05 < 6 mg/l, DCO < 30 mg/l, MES < 25 mg/l…) qui doit être atteinte à une échéance donnée. La directive fixe cette échéance à 2015 mais la France a négocié des prolongations en raison de ses retards.
L’Hérault et ses affluents à l’aval de la confluence avec la Boyne, donc dans le secteur de Bélarga et Campagnan, doit atteindre le « bon potentiel écologique » (comprenant les teneurs en polluants) au plus tard en 2021. Ce qui laisse un peu de temps, mais il y a des paramètres difficiles à rectifier, comme les continuités hydrologique et morphologique.
Ci-dessus : Village de Belarga
Guerre aux phosphates
Les phosphates sont, avec les nitrates, les premiers polluants des nappes phréatiques et des cours d’eau. Les Agences de l’eau en sont conscientes et elles mènent le combat sur trois fronts (au moins), depuis leur création dans les années 1980 : la réduction des engrais agricoles, la dépollution des eaux usées dans les stations d’épuration et la réduction des phosphates dans les lessives, industrielles et ménagères. Pourquoi les lessives ?
Parce que les phosphates contenus dans les eaux d’égout proviennent pour moitié des déjections humaines, irréductibles, pour moitié des lessives et détergents.
Résumé des épisodes précédents : en 1991, après dix ans d’escarmouches, l’Etat et les industriels s’entendent sur un plafond de 20% de phosphates dans les lessives ménagères, les lessives industrielles restant libres de toute contrainte. En 1995, les Agences de l'eau lancent une nouvelle offensive sous forme d’un encart documentaire invitant les utilisateurs à choisir des produits réglementaires ; l’industrie riposte avec son arme habituelle : menace de fermeture d’usine.
Aujourd’hui, un demi-siècle ! après les premières alarmes, la France balance toujours encore les voies de l’interdiction (en Suisse, au Canada, en Norvège… les phosphates sont interdits dans les lessives depuis le début des années 1990) et l’incitation (au Japon, les lessives aux phosphates ne sont pas interdites mais elles ne se vendent plus, tout simplement).
La question prend une importante particulière en milieu rural parce que le traitement du phosphore sur les petites stations d’épuration est difficile et très coûteux, surtout en exploitation. Elle est d’actualité à Bélarga et Campagnan parce que la nouvelle station d’épuration ne traitera pas le phosphore, pas du tout. Tous les phosphates des lessives et détergents vont donc se retrouver dans le Dardaillon et de là dans l’Hérault. Sauf si les habitants s’en souviennent au moment de faire leurs courses et choisissent des produits sans phosphates. Ca ne coûte pas plus cher à l’achat et ça fait toute la différence.
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Ci-dessus : Image extraite du site internet du "Contrat de Rivière du Garon"
La naissance du FPR
Le filtre planté dans le paysage de l’assainissement.
Connaissez-vous l’IFEN ? L’Institut français d’Etude de l’Environnement mène à intervalles réguliers des enquêtes sur des thèmes liés à l’environnement (on pouvait s’y attendre) et notamment sur l’état des réseaux d’eau potable et d’assainissement. Les rapports sont en ligne.
Si vous ouvrez le dossiern°10 de janvier 2008 sur Les services publics de l’assainissement en 2004, vous apprendrez que la France métropolitaine comptait en 2004 environ 17 300 stations d’épuration communales (hors stations industrielles et privées), contre 1 500 en 1970, 9 000 en 1980, 15 000 en l’an 2000.
La capacité de traitement est passée de 13 Meh (millions d’équivalents-habitants) en 1970 à 47 Meh en 1979, 89 Meh en 2004.
Ces 17 300 stations appartiennent à deux familles bien distinctes :
- les stations intensives, à caractère industriel, mettent en œuvre des équipements complexes sur des espaces réduits
- les stations extensives, à caractère rustique, utilisent des techniques plus proches de la nature sur des superficies plus importantes.
Les techniques extensives s’appliquent surtout aux petites installations, jusqu’à 2 000 eh couramment, parfois beaucoup plus. Deux applications principales : le lagunage et le filtre planté :
Le lagunage, apparu dans les années 1970, avec les premières réglementations sur la qualité des rejets, s’est répandu presque instantanément dans les communes rurales, échaudées par des expériences malheureuses de stations intensives. Résultat : 3 000 lagunages en trente ans !
Le filtre planté s’est fait connaître à partir des années 2000, un peu avant les échéances européennes sur l’obligation de traitement, et a fait beaucoup de petits lui aussi, en particulier dans la gamme des stations inférieures à 2 000 eh : à peine 10 stations en l’an 2000, 400 en 2004, environ 1500 en 2009.
Prévisions pour 2010 : 4 000 stations extensives sur 20 000 soit 20 % du parc.
Les anciennes stations d’épuration de Bélarga et Campagnan sont de type intensif. La nouvelle station par filtre planté est de type extensif : elle prend un peu plus de place (superficie totale des parcelles acquises par le SIVU : 1.5 ha environ) mais elle est plus simple, beaucoup plus fiable et moins chère à l’entretien.
Ci-dessus : Les stations d'épuration françaises : année de mise en service et capacité théorique
La naissance du FPR
En Allemagne
Les chercheurs allemands furent les premiers à tenter de traiter des eaux usées sur filtres plantés. Le Dr. Käthe Seidel développe à partir des années 1950 un système de filtres en cascade comprenant deux étages verticaux alimentés en eaux brutes suivis de plusieurs étages à écoulement horizontal plantés d’iris et de scirpes. Le Pr. Reinhold Kickuth révèle dans les années 1960 le rôle déterminant des bactéries de la zone racinaire, propose les premières modélisations et réalise quelques stations expérimentales.
En France
Leurs idées sont reprises en France par l’équipe lyonnaise du CEMAGREF, un institut de recherches attaché au Ministère de l’agriculture à l’origine notamment de l’introduction du lagunage dans les années 1970. Le CEMAGREF travaille d’abord sur les filtres verticaux du Dr Seidel et progresse ensuite, à partir de 1995, sur deux voies spécifiques, dans le cadre d’accords de collaboration public-privé : la déshydratation de boues avec la SAUR, le traitement des eaux domestiques en deux étages successifs avec la SINT. Ces partenariats sont à l’origine des quelques deux cents installations de déshydratation et des centaines de stations FPR en service en 2010 en métropole française (pas loin de 2000 stations probablement).
Ailleurs
L’Angleterre a développé et diffusé une filière disques biologiques + filtre horizontal sous l’impulsion de la Severn-Trent Basin Authority. L’Allemagne de l’Ouest utilise des filtres verticaux en traitement de surverses de déversoirs d’orage. L’Allemagne de l’Est continue d’appliquer sur les petites capacités un procédé rustique dérivé des théories du Pr. Kickuth.
A Bélarga et Campagnan
La filière de Bélarga-Campagnan est une application (avec quelques adaptations) du système de filtre planté à écoulement vertical, fleuron de la technologie française de l’assainissement. On dira, pour rester sobre, que l’ingénierie française a su adapter aux conditions particulières des petites communes (jusqu’à 6 000 eh aujourd’hui, davantage demain probablement) le principe, vieux comme le monde, de l’épuration par la plante et par le sol.
Le village de Neffiès vu de la station FPR
Trentième station FPR dans l’Hérault !
Le département de l’Hérault a mis quelque temps à s’ouvrir au filtre planté. Les premières stations complètes (Cessenon-sur-Orb – 100 EH, La Boissière – 750 EH, Saint-Privat – 100 EH) ont vu le jour en 2005, une dizaine d’années après les premières stations pionnières, six ans après la mise en eau de la station historique de Roussillon dans le Vaucluse, la première à dépasser les mille équivalents-habitants.
Le rythme s’est accéléré ensuite : 5 nouvelles stations en 2006, 10 en 2007 et 2008. Les trois stations inaugurées en 2009 (Le Pradal – 260 EH, Pézennes-les-Mines – 120 EH, Prades-sur-Verzanobre – 350 EH) portent le parc au-delà des trente stations.
Au palmarès de la dimension, les lauréates sont les stations de Creissan – 2000/3000 EH (2000 EH en première tranche de travaux, extensible à 3000 EH), Montpeyroux – 1800 EH, Plaissan – 1700 EH, Olargues-les-Madeillan – 1600 EH.
A côté de ces stations « tout-roseau », le département compte quelques filtres de déshydratation intégrés à des stations boues activées (Mireval – 4000 EH, Montarnaud – 4000 EH, St-Chinian 3000 EH) ou à des biodisques (Nizas – 1000 EH, Pouzolles – 1500 EH).
En comptant les chantiers en cours ou annoncés, on peut penser que le cap des 50 stations FPR sera franchi en 2010, au plus tard en 2011. 50 sur un parc de 250 stations environ (dont 200 inférieures à 2000 EH) soit 20 % du total. 50 sur 1500 stations FPR actuellement en France soit 3 % du total national.
Le village de Neffiès vu de la station FPR
Le chantier avance !
Les premiers engins sont arrivés sur le site de la station et sont entrés en action le lundi 16 novembre. Travaux prioritaires : décapage et mise en dépôt de la terre végétale, arasement de la plateforme générale, creusement de filtre et du fossé de dissipation.
La terre végétale sera prélevée sur le dépôt en fin de chantier et étendue sur les délaissés, c'est-à-dire les terrains entre les ouvrages fonctionnels, pour faciliter l’enherbement.
Les travaux sur les adductions démarreront en janvier 2010, pour permettre l’achèvement des sondages et la mise au point des plans d’exécution. Deux chantiers simultanés sur ce lot : les conduites de refoulement vers la station d’épuration et les postes de relevage au départ de ces conduites.
Préparation du terrain
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