Brevet FR2706501A1 — publié le 19941223

Installation et procédé hydrologiques L'invention concerne la lutte contre la pollution des cours d'eau. On sait les dégâts que peuvent provoquer sur l'environnement des chocs de pollution dans des cours d'eau. Il peut en résulter l'indisponibilité temporaire d'eau potable. Il en résulte toujours des dégâts importants, notamment par décès de poissons ou de plantes , voire par apparition de microorganismes indésirables. La Demanderesse a observé qu'une source importante de chocs de pollution dans les rivières est celle due à des orages exceptionnels, qui créent des surcroîts pluviaux considé-rables, que l'on appelle aussi "surverses". Des ruissellements d'eaux pluviales se produisent alors dans des endroits inhabituels, qui aboutissent aux déversements du réseau d'assainissement. C'est là l'une des sources principales de pollution. La présente invention vient précisément apporter une solution à ce problème. Elle part d'une installation hydrologique, comprenant un collecteur pour amener des eaux pluviales à un cours d'eau. Selon l'invention, le collecteur est connectable pour recevoir des surcroîts pluvieux ou surverses du réseau d'assainissement, en particulier par fort orage, l'installation comprend, entre ce collecteur et le cours d'eau, au moins un canal, normalement rempli d'eaux propres ; les dispositions et dimensions, en particulier les sections verticales, du collecteur et du canal sont choisies pour que l'apport du collecteur par temps d'orage produise dans le canal un effet piston, lequel propulse les eaux propres dans le cours d'eau. Le rapport longueur/section verticale du canal peut également intervenir dans ledit effet piston. Ceci permet de compenser les rejets d'eaux polluées dus à d'autres surverses qui ne sont pas contrôlables, tandis qu'il est possible de rejeter ultérieurement les eaux polluées du collecteur. Dans le cas de surverses dont l'importance serait extrême, et dépasse la capacité de stockage du canal, les eaux polluées seront alors renvoyées vers la rivière. Mais, du fait des caractéristiques du canal, elles subiront alors une décantation d'autant plus efficace que l'écoulement piston selon l'invention évite la réduction de la surface effective de décantation. En mode normal, le canal pourra être vidangé à bas debit après l'orage, comme on le verra plus loin. Il peut être alors à nouveau rempli d'eau propre, également à bas débit, dans l'attente d'un prochain orage. L'invention propose également un procédé hydrologique, susceptible d'être mis en oeuvre notamment sur la base de l'installation qui vient d'être décrite. Ce procédé comprend les opérations suivantes a) prévoir un collecteur à fort débit, propre à recevoir des surcroîts ou surverses du réseau d'assainissement, en particulier par fort orage, b) prévoir, entre ce collecteur et le cours d'eau, au moins un canal définissant un bassin de grande capacité, c) maintenir ce bassin rempli d'eaux propres par temps sec, d) admettre dans le bassin l'apport du collecteur par temps d'orage, ce qui produit dans le canal un effet piston, lequel propulse les eaux propres dans le cours d'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans une installation selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme ou "hydrogramme" montrant les phases successives de la mise en oeuvre du même procédé - la figure 3 illustre de façon plus détaillée un premier mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 4 illustre de façon plus détaillée un second mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement en CE un cours d'eau, dont on admettra par exemple que le débit nominal est de 70 m3/s. La référence 1 correspond à un collecteur de réseau d'assainissement, spécialement aménagé pour être capable de recueillir une partie importante des surverses d'orage. A titre d'exemple, la capacité du collecteur dont il s'agit est de 25 m3/s en débit, pour 200000 m3 en volume. Le collecteur 1 aboutit à un bassin 5, qui est un élément important de la présente invention. On observera dès maintenant que ce bassin 5 peut être constitué d'un long canal unique, ou bien de canaux en parallèle, pour une capacité en débit de l'ordre de 25 m3/s, c'est-à-dire sensiblement la même que celle du collecteur 1, et une capacité en volume de l'ordre de 100000 m3. Une station de pompage 3 est capable à faible débit, et de préférence par temps sec, de reprendre l'eau du cours d'eau CE, pour en déterminer la qualité, la filtrer éventuellement, et utiliser l'eau propre ainsi obtenue pour remplir à faible débit le bassin 5. Ce bassin 5 possède une sortie normale 6 qui permet, comme on le verra ci-après, d'injecter, dans le cours d'eau CE, soit des eaux propres à la capacité du collecteur (ici 25 m3/s), soit des eaux décantées, comme on le verra plus loin. Une autre conduite 7 permet la liaison entre le bassin 5 et une station d'épuration SE, qui peut également être en version simplifiée un bassin de décantation, où seront récupérés les dépôts. Elle assure la récupération des eaux vidangées du bassin et des eaux de curage de ses fonds. En variante (7A), il est possible également de rejeter ces eaux polluées dans le cours d'eau, lorsque les circonstances l'imposent, et pour autant que l'impact sur le cours d'eau reste acceptable. Le dispositif selon la présente invention trouve notamment application dans le cas de choc de pollution de rivières par temps d'orage, dû aux surverses de réseaux d'assainissement. Ce choc de pollution ne dure que quelques heures à quelques dizaines d'heures, et survient en général pour des orages exceptionnels. C'est là que l'on rencontre des pollutions exceptionnellement graves des rivières. Le procédé selon l'invention sera maintenant exposé en référence à l'hydrogramme de la figure 2. On admet qu'en condition initiale le bassin 5 est complètement rempli d'eau propre. L'hydrogramme se présente suivant l'axe des X comme des temps, et suivant l'axe des Y comme des débits vers le cours d'eau. Le point 0 de l'axe des temps est le moment où se produit une très forte pluie d'orage. I1 en résulte un débit très important dans le collecteur 1. Pendant la phase A du procédé, les eaux propres contenues dans le bassin sont rejetées de ce bassin 5, par effet piston, par les eaux polluées de la surverse du réseau d'assainissement, arrivant par le collecteur 1. Cet effet piston est obtenu en adaptant les dimensions respectives du collecteur, du ou des canaux formant le bassin, et la géométrie de leur interconnexion. Il est tout d'abord souhaitable que le collecteur et le ou les canaux soient "en longueur", et possèdent des sections droites respectives adaptées. Le fait que les eaux polluées arrivant du collecteur ne se mélangent pas aux eaux propres- dépend aussi de la géométrie du canal, notamment de la relation entre sa longueur et sa section droite. Enfin, la géométrie de l'interconnexion est choisie pour minimiser les écoulements turbulents. Il en résulte une protection de la rivière par mélange de ces eaux propres avec les eaux de qualité inférieure de la rivière. Cette qualité inférieure est due notamment au fait que, pendant la présence du choc de pollution, il existe de nombreuses autres surverses, à l'amont ou en aval, non munies du même dispositif, et par conséquent non contrôlables. Pendant ce temps, les eaux de surverses polluées issues du collecteur 1 sont stockées dans le bassin 5 à la place des eaux propres. La phase B de la figure 2, optionnelle, correspond au cas où l'importance de la surverse est telle qu'elle dépasse la capacité du bassin 5. Dans ce cas, après que celui-ci ait été complètement rempli d'eaux polluées issues du collecteur 1 (ou presque), les eaux polluées vont être néanmoins renvoyées vers la rivière. On remarquera tout d'abord que l'impact des autres surverses amont non contrôlables aura été réduit par la phase A. Il en est de même pour des surverses aval non contrôlées, si l'on se place en aval de celles-ci pour observer la qualité des eaux du cours d'eau. Cet impact sera peu accru pendant la phase B. En effet, les eaux polluées qui vont être quand même renvoyées au cours d'eau ont subi une décantation dans le bassin 5, et cette décantation est d'autant plus efficace que l'écoulement piston intervenu dans ce bassin évite la réduction de la surface effective de décantation, qui se produirait dans un canal dont l'écoulement serait moins bien contrôlé (zones d'eaux mortes ou de recirculation par exemple). Grossièrement, la surface effective de décantation représente le rapport entre le volume (en mouvement linéaire) et la hauteur du bassin. En pratique, elle est définie par le produit de la longueur par la largeur du canal, pondérées pour tenir compte des zones d'eaux mortes,de mélange et de recirculation. Les phases A et B s'arrêtent à la fin des écoulements d'eaux polluées importants consécutifs à la pluie d'orage. On passe alors à la phase C, qui consiste dans une vidange à bas débit des eaux polluées contenues dans le bassin 5, soit vers la rivière lorsqu'elle est redevenue d'une qualité acceptable et ne risque pas de souffrir de ces rejets, soit vers la station d'épuration SE et/ou un bassin de décantation, dès lors que la capacité disponible de ceux-ci le permette. Pendant cette phase C, les eaux relarguées à la surverse seront essentiellement les eaux du surnageant présent dans le bassin à la fin de la crue. Elles auront donc subi une décantation de plusieurs heures. En outre, cette phase C ne peut commencer que lorsque la qualité de la rivière à l'amont, éventuellement en aval, le permet. Ce sont les raisons pour lesquelles en renvoyant ces eaux vers la rivière, on limite considérablement leur impact sur la qualité des eaux de cette rivière. Par contre, les eaux renvoyées vers la station d'épuration ou le bassin de décantation SE seront les eaux de fin de vidange, qui peuvent contenir des dépôts remis en suspension par curage et relargage du bassin, avec apport d'eau, ainsi que les eaux de nettoyage des dépôts dans le fond du bassin. Dans la phase D, on remet le bassin en l'état initial, c'està-dire qu'on le remplit à nouveau d'eau de bonne qualité provenant de la rivière avec un traitement approprié, qui peut être une filtration. On décrira maintenant deux modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 3, le collecteur 1 aboutit à cinq canaux parallèles 51 à 55, par l'intermédiaire d'une conduite transversale 50 munie en 50-A, 50-B, 50-C et 50-D de vannes en tout ou rien permettant de contrôler d'utiliser successivement chacun des bassins. L'illustration de la figure 3 est schématique. En fait, l'aménagement des vannes est réalisé sur un circuit hydraulique permettant d'aiguiller la sortie du collecteur vers chacun des bassins, sur commande. Une conduite 10 permet si on le désire de rejeter directement à la rivière les eaux créant un impact négligeable sur la rivière, en évitant d'altérer la propreté de l'eau des canaux. La conduite transversale 50 reçoit aussi l'alimentation en eaux propres depuis la station de pompage 3 par la conduite 30, depuis la rivière. Cette conduite 30 est utilisée pendant la phase D, et à des fins de renouvellement des eaux du bassin, lorsque la qualité des eaux de la rivière le permet, compte-tenu d'une éventuelle filtration. En aval, chaque bassin se termine par une vanne tout ou rien telle que 51-V, ..., 55-V. Ces vannes tout ou rien aboutissent à la conduite de sortie 59, transversale, qui alimente un déversoir 6 vers le cours d'eau CE. Egalement, un peu en amont des vannes telles que 51-V sont prévues des prises d'eau 51-P à 55-P, qui aboutissent à la conduite 7 permettant l'évacuation d'eaux polluées de fin de vidange vers la station d'épuration SE, ainsi que des eaux de nettoyage des dépôts. Les eaux polluées de la vidange peuvent être envoyées à la rivière, si la qualité de celle-ci le permet, soit par la sortie 7A, soit par la sortie 6, à condition dans ce cas de remplacer les vannes tout-ou-rien 51-V à 55-V par des vannes seuil, qui évitent une trop forte remise en suspension des matières décantées. Pour le nettoyage des dépôts, chaque bassin tel que 51 est muni d'une paire de bacs de rinçage (ou augets basculants) 51-B1 et 51-B2. Ce sont des bacs pivotants sur un axe horizontal transversal au bassin et surplombant celui-ci. On les remplit d'eau automatiquement, et, une fois pleins, ils basculent en se vidant dans le bassin. C'est l'onde ainsi créée qui nettoie les dépôts. Dans ce mode de réalisation, il est possible de ne faire intervenir qu'un nombre limité de canaux 51 à 55, en fonction de l'importance de la crue. Seuls les canaux utilisés devront être vidangés et curés par la suite; en outre, la disposition de canaux parallèles rend ce curage plus facile. Par contre, l'effet piston peut être moins bon, et un mélange des eaux propres et eaux polluées peut en résulter, ce qui peut se traduire par un rejet en rivière de qualité un peu inférieure. La figure 4 illustre un second mode de réalisation, où l'on retrouve l'arrivée du collecteur 1 vers une conduite 10 pour rejet direct vers la rivière ou vers l'entrée 50 d'un canal long. Cette entrée 50 reçoit aussi la conduite 30 d'alimentation en eaux propres. Ici, le bassin 5 est constitué d'une suite de biefs 5A, 5B, 5C, 5D et 5E, séparés par des vannes en tout ou rien telles que 5A-V. Au niveau de chaque vanne il est prévu, en amont, une liaison 5A-P vers la conduite 7 qui va vers la station d'épuration SE. Le début de chaque bief peut comporter un pont 5A-X, sous lequel sont montés les bacs de rinçage 5A-B1 et 5A-B2 par exemple. A la sortie, la conduite 6 sert de déversoir vers le cours d'eau CE. La structure générale est donc sensiblement la même que précédemment, sauf que les canaux sont maintenant placés les uns après les autres, c'est-à-dire en série, au lieu d'être en parallèle. Dans ce mode de réalisation, l'effet piston est meilleur, car on évite un trop grand mélange des eaux propres du bassin avec les eaux polluées de la surverse. En contrepartie, le curage est plus difficile à mettre en oeuvre, car il doit intervenir sur l'ensemble du bassin. La séparation du bassin en plusieurs biefs permet néanmoins de curer ceux-ci indépendamment, et en fonction de leur taux de remplissage par les eaux polluées pendant la surverse d'orage. Très avantageusement, l'installation se complète du contrôle de l'utilisation du bassin en fonction des conditions hydrologiques, à l'aide de tout ou partie des moyens suivants: - mesure de la qualité de la rivière en amont, par exemple au niveau de la station de pompage 3, - mesure similaire en aval, de préférence (dans les 2 cas) en un endroit où la rivière est considérée comme particulièrement sensible, en termes de pollution, - mesure de qualité et de l'état des eaux de l'installation, au niveau du collecteur, éventuellement également des bassins, - mesure générale relative à la surverse en cours, - modélisation de l'impact d'eaux polluées de la surverse en cours, en fonction desdites mesures, - décision d'utiliser l'installation en fonction de cette modélisation, et ce: soit en évitant le transfert des surverses au collec teur, soit en court-circuitant (10) le canal. - après utilisation de l'installation, évacuation d'une partie au moins des eaux polluées dans la rivière après l'orage, en fonction de l'état courant de la rivière et, éventuellement, de la prévision de son état après ces rejets. Ces mesures sont accessibles à l'homme du métier, qui connaît également les outils de modélisation. L'ensemble peut être réuni par exemple dans un micro-ordinateur dédié à la commande de l'installation. Comme cela a été esquissé avec les ponts de la figures 4A, il est bien entendu avantageux d'intég-Fr l'installation selon l'invention dans un aménagement paysager, qui peut comporter un parc autour d'un bassin canal, voire se situer dans une zone urbaine traversée par des canaux, comme cela est déjà le cas pour certaines villes d'Europe. Dans ce qui précède, on a proposé deux modes de réalisation dont un comprend des canaux en parallèle et l'autre un canal composé de plusieurs biefs en série. Bien entendu, des combinaisons mixtes- série/parallèle sont envisageables. Par ailleurs, l'installation peut être souterraine. REVENDICATIONS 1. Installation hydrologique, comprenant un collecteur (1) pour amener des eaux pluviales à un cours d'eau (CE), caractérisée en ce que le collecteur (1) est connectable pour recevoir des surcroîts pluviaux ou surverses du réseau d'assainissement, en particulier par fort orage, et en ce qu'elle comprend, entre ce collecteur (1) et le cours d'eau (CE), au moins un canal (5), normalement rempli d'eaux propres, les dispositions et dimensions, en particulier les sections verticales, du collecteur (1) et du canal (5) étant choisies pour que l'apport du collecteur par temps d'orage produise dans le canal un effet piston, lequel propulse les eaux propres dans le cours d'eau, ce qui permet de réduire l'impact des rejets d'eaux polluées dûs aux surverses non contrôlées, tandis que les eaux polluées du collecteur peuvent n'être rejetées qu'ultérieurement. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport longueur/section verticale du canal (5) est choisi en vue dudit effet piston. 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (7A) pour vidanger à bas débit dans le cours d'eau, en particulier après l'orage, une partie au moins des eaux polluées entrées dans le bassin. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de vidange à bas débit (7A) sont disposés pour prélever le surnageant des eaux polluées après décantation. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (7) propres à vidanger sur commande vers une station d'épuration une partie au moins des eaux polluées entrées dans le bassin. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de vidange sur commande sont disposés pour prélever le fond du canal. 7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal est muni d'une fermeture commandée côté cours d'eau (51-V...55-V ; 5AV...5EV). 8. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal est muni de moyens de rinçage et de curage (50-B1,50-B2 ; 5A-B1, 5A-B2). 9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal est séparé en biefs (5A-5E). 10. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs canaux en parallèle, et susceptibles d'être mis en oeuvre sélectivement (51-55). 11. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que qu'elle comprend un moyen pour contrôler l'utilisation du bassin en fonction des conditions hydrologiques. 12. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que qu'elle comprend un moyen pour mesurer la qualité de la rivière au moins en amont, un moyen de modélisation de l'impact d'eaux polluées, en fonction de la mesure de qualité et de l'état des eaux de l'installation, et un moyen pour décider de l'actionnement de l'installation en fonction de cette modélisation. 13. Procédé hydrologique, caractérisé par les opérations suivantes a) prévoir un collecteur à forte capacité, propre à recevoir des surcroîts pluviaux ou surverses du réseau d'assainissement, en particulier par fort orage, b) prévoir, entre ce collecteur et le cours d'eau, au moins un canal définissant un bassin de grande capacité, c) maintenir ce bassin rempli d'eaux propres par temps sec, d) admettre dans le bassin l'apport du collecteur par temps d'orage, ce qui produit dans le canal un effet piston, lequel propulse les eaux propres dans le cours d'eau, ce qui permet de réduire l'impact des rejets d'eaux polluées dûs aux surverses non contrôlées, tandis que les eaux polluées du collecteur peuvent n'être rejetées qu'ultérieurement. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération c) comprend l'alimentation du bassin par temps sec à partir du cours d'eau, de préférence après filtrage. 15. Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que l'actionnement du canal à l'opération d) est commandé en fonction de la prévision de l'impact des rejets sur la rivière. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'actionnement du canal est contrôlé en évitant le transfert des surverses au collecteur, ou en court-circuitant (10) le canal. 17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que qu'il comprend: - la mesure de la qualité de la rivière au moins en amont, - la mesure de l'état des eaux de l'installation, au moins au niveau du collecteur, - la modélisation de l'impact d'eaux polluées, en fonction de la mesure de qualité et de l'état des eaux de l'installation, et - la décision de l'actionnement de l'installation en fonction de cette modélisation. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une évacuation d'une partie au moins des eaux polluées dans la rivière après l'orage, en fonction de l'état courant de la rivière et de la prévision de son état après ces rejets.