Station d'épuration: techniques et historique

Bonjour,

Concernant les techniques de purification de l'eau, voici quelques éléments d'information extraits du Larousse agricole, document consultable à la bibliothèque municipale de Lyon :

Le prétraitement.
Avant tout traitement biologique, les eaux brutes doivent subir un certain nombre de prétraitements physiques ou mécaniques afin d'être débarrassées de tout élément dont la nature ou la dimension constitueraient une gêne pour les traitements ultérieurs. La liste des opérations de prétraitement donnée ci-après est exhaustive, une station d'épuration pouvant comporter une ou plusieurs de ces étapes selon son importance et la qualité de l'eau brute.
- Dégrillage-tamisage : élimination des matières volumineuses qui pourraient nuire à l'efficacité des procédés ultérieurs (bouchage) au moyen de grilles ou de tamis à nettoyage manuel ou à nettoyage par l'amont ou l'aval (grilles courbes, droites à nettoyage alternatif ou continu).
- Dilacération : déchiquetage des matières solides retenues par le dégrillage afin de réduire les volumes, de minimiser les nuisances provoquées par l'évacuation et la mise en décharge de ces déchets et de les rejeter en amont (tambour rotatif équipé de peignes et de dents).
- Dessablage : extraction des graviers, sables et particules minérales plus ou moins fines par décantation naturelle ou accélérée (hydrocyclone).
- Débourbage : étape de séparation solide-liquide qui précède la clarification d'eaux particulièrement chargées et pour lesquelles une décantation à un seul étage n'est pas suffisante (avec ou sans coagulant-floculant).
- Dégraissage-déshuilage : séparation de produits de densité légèrement inférieure (les graisses solides et les huiles liquides) à l'eau par flottation naturelle ou assistée.
- Évacuation et traitement des sous-produits : essorage, compactage et incinération des refus de grilles, réutilisation des sables lavés sur place (lits de séchage), digestion anaérobie ou incinération des graisses et huiles.

La décantation primaire.
Elle consiste en la séparation des matières en suspension de l'eau à traiter. Elle assure un abattement de 50 % sur les MES et de 25 à 40 % sur la DBO5. Elle est réalisée soit dans des décanteurs primaires circulaires avec fond racleur et puits central d'épaississement des boues, soit dans des bassins rectangulaires à raclage mécanique.

L'épuration biologique.
Elle utilise des biomasses épuratrices (micro-organismes) le plus souvent aérobies pour oxyder les matières organiques en produisant du dioxyde de carbone et de la biomasse. Ces micro-organismes sont soit libres dans un bassin (boues activées), soit fixés sur des supports de nature variable (lits ou filtres bactériens). Le rendement épuratoire d'une boue activée dépend des capacités d'élimination de la pollution par les micro-organismes, mais aussi de la bonne séparation de ce floc bactérien (qui est mis en recirculation) de l'eau interstitielle épurée. Les bassins à boues activées se différencient par la nature des écoulements au sein du réacteur et entre réacteurs et clarificateur : bassins à flux piston, à mélange intégral, à boucle fermée, à cascade, à alimentation étagée. Certains systèmes sont dits compacts lorsque aération et décantation sont réalisées au sein d'une même unité. Divers systèmes d'aération sont aussi utilisés : aérateurs de surface, par air surpressé à grosses, moyennes ou fines bulles, à fonctions aération et brassage séparées. Les cultures fixées sont elles aussi de nature variable : on trouve des lits à ruissellement (alimentation par distributeur rotatif ou fixe) et des lits granulaires fixes à double vocation (épuration biologique -C et N- et rétention des MES), où air et eau circulent le plus souvent à cocourant en flux ascendant ou descendant.

La décantation secondaire.
Elle consiste en la séparation par décantation ou flottation des matières en suspension (biomasses) de l'eau traitée, préalablement floculée ou non, à l'aide de réactifs dans un floculateur. L'eau produite doit répondre aux normes de rejet.

Un traitement tertiaire est parfois nécessaire pour éliminer les pollutions azotées et/ou phosphorées (pouvant aussi être éliminées au cours de l'épuration biologique en alternant des phases avec et sans aération).

Décantations primaire et secondaire conduisent à la production de boues dites primaires et secondaires de nature et de composition variables. Ces boues liquides volumineuses (dites boues mixtes) contiennent 90 % de matières organiques hautement fermentescibles, des micro-organismes pathogènes et des composés toxiques (ETM, CTO).

La filière de traitement des boues.
Elle se conçoit selon la nature et la composition moyenne des boues et selon des contraintes économiques et administratives (décisions politiques, espaces disponibles, etc.). Différents choix de filière sont possibles et s'organisent autour des étapes suivantes :
- l'épaississement correspond à une première étape de réduction du volume des boues par centrifugation, flottation ou décantation. Il peut être suivi d'une désintégration mécanique (broyeur à billes, homogénéisateur haute pression, etc.) ou chimique (ozonation, etc.) ;
- la stabilisation est l'étape clé de la filière car elle permet à la fois de réduire de façon significative le pouvoir fermentescible et aussi d'abaisser les teneurs en micro-organismes pathogènes. La stabilisation chimique par chaulage reste le choix le plus onéreux et le moins satisfaisant d'un point de vue écologique. Un procédé de compostage peut être mis en place pour stabiliser-hygiéniser les boues épaissies ; ce procédé pourra également être utilisé pour finaliser le traitement des boues avant épandage (complétant par exemple un procédé de digestion anaérobie). Enfin, on peut avoir recours à la digestion anaérobie (transformation de la matière organique en biogaz valorisable, le méthane) et à la digestion aérobie thermophile (60 °C) ;
- le conditionnement, étape facultative, dépend de la nature et de la composition des boues. Il prépare les boues stabilisées à être déshydratées mécaniquement. Il peut être chimique (au moyen de polyélectrolytes ou sels minéraux) ou thermique ;
- la déshydratation termine le traitement en réduisant au maximum le volume des boues. Elle peut être réalisée par centrifugation, par filtration sous vide ou sous pression, par séchage thermique ou naturellement sur des lits de séchage (boues étalées en fine couche), des sacs filtrants ou des tamis d'égouttage.

En France, 60 % des boues de STEP sont valorisées en agriculture par épandage selon un cahier des charges rigoureux (suivi de la qualité des boues, nombreuses analyses, transparence vis-à-vis de l'agriculteur et du consommateur...). Trois grands principes de base doivent ainsi être respectés (loi du 8 décembre 1997) : l'innocuité des boues utilisées (aucun effet sur l'homme ou les animaux), leur intérêt agronomique (nécessité de prêter attention aux besoins du sol et aux surplus) et l'interdiction des épandages non contrôlés.

Les boues épandues sont généralement issues d'une filière de digestion anaérobie et/ou de compostage, deux procédés à fort pouvoir hygiénisant et permettant une réduction notable des teneurs en matières organiques. La mise en décharge, qui compte encore pour 15 % en France, est vouée à disparaître à très court terme (elle n'est plus autorisée que pour les déchets ultimes depuis le 1er janvier 2002). Il reste l'incinération (25 %) spécifique ou co-incinération avec des déchets verts.

Nous vous invitons à consulter les documents suivants pour en savoir plus sur les techniques de purification de l'eau :
- Pollution et épuration des eaux [D.V.D.] / Philippe Joannin
- L'assainissement non collectif [Livre] / Henri-Paul Marge
- Wikipedia : Traitement des eaux usées
- Epuration des eaux résiduaires urbaines
- ADEME : les systèmes d'assainissement des eaux usées et notamment cette fiche sur l'Organisation et le fonctionnement d'une station d'épuration

Concernant l'histoire de l'assainissement, vous pouvez vous reporter à ces documents :
- Des tuyaux et des hommes [Livre] : les réseaux d'eau en France / sous la direction de Gabrielle Bouleau et Laeticia Guérin-Schneider
- Laboratoire d'etudes et de recherches sur les matériaux
- Les mondes des boues

Un petit résumé sur le site www.coursdeau.com :

Jusqu'à la fin du 19ème siècle, que ce soit à la ville ou à la campagne, les systèmes d'évacuation des eaux polluées sont restés très sommaires et même souvent inexistants. Ce n'est qu'à partir de 1860 qu'on été construits les premiers égouts dans les villes.
Ils permettaient de collecter les "eaux usées" et de les évacuer jusqu'à la rivière. Mais la pollution n'était toujours pas traitée. On transportait les eaux usées "sous terre" et on les rejetait directement dans la rivière, un peu en aval de la ville.
Les premières stations d'épuration collective datent des années 1950. Mais jusque dans les années 1980, beaucoup de petites villes n'étaient toujours pas équipées de stations d'épuration vraiment efficaces.
En 1976, une nouvelle loi a obligé les industriels à s'équiper de stations d'épuration. Depuis cette date, les rejets polluants des industries ont été considérablement diminués.

Réponse de la Documentation Lyon et Rhône-Alpes

Bonjour

Le numéro spécial de Technica de 1937 sur les grands travaux dans la région lyonnaise comprend un article fort complet et instructif sur l’assainissement de l’agglomération lyonnaise.

« Dès 1931, la Ville de Lyon décidait, en accord avec le Conseil Supérieur d’Hygiène publique de France, d’établir un plan général d’assainissement de la région lyonnaise, dans le cadre de syndicats intercommunaux ; centre de cette région, et par conséquent pivot de tout système de collecte et d’évacuation des déchets, il appartenait logiquement à la ville de Lyon de prendre une telle initiative ».

Trois secteurs autonomes sont définis impliquant trois études distinctes :
- la rive gauche du Rhône comprenant les 3e, 6e et 7e arrondissements lyonnais et les communes de Vaulx-en-Velin, Villeurbanne, Bron, Vénissieux et Saint-Fons
- la presqu’île (1er, 2e et 4e arrondissements) et Caluire-et-Cuire
- la rive droite de la Saône comprenant le 5e arrondissement et les communes de Saint-Cyr, Saint-Didier, Champagne, Saint-Rambert, Ecully, Tassin, Sainte-Foy, Francheville, Saint-Genis-Laval, Oullins et Pierre-Bénite.

L’article mentionne le réseau d’égout existant (environ 280 km) et le système des fosses compartimentées, adopté à Lyon, qui « constitue une sorte de tout à l’égout indirect, après désintégration, liquéfaction et amonisation des matières par fermentation : c’est évidemment une première amélioration par rapport à l’ancien système des fosses fixes étanches. Cependant, cette solution ne doit être considérée que comme une solution d’attente, jusqu’au jour où on pourra mettre en service un réseau d’égout établi sur d’autres principes et permettant le tout-à-l’égout direct et intégral. »

Les études ont démontré que la rive gauche est le secteur le plus urgent à équiper pour évacuer les eaux usées, notamment en raison de son fort développement démographique et urbain. Celle de la rive gauche du Rhône a été réalisée dans le cadre administratif d’un syndicat intercommunal comprenant les communes concernées et listées précédemment. La réalisation de ce programme d’assainissement est mis au point sous l’impulsion du maire Edouard Herriot et la direction de M. Chalumeau, ingénieur en chef.

La solution retenue et décrite en détails dans l’article (tracé, étude du projet, estimation des débits des eaux usées et des eaux pluviales, caractéristiques de l’ouvrage…) est le projet de création d’un grand collecteur de ceinture destiné à dériver vers l’aval de l’agglomération le maximum des apports de la zone Est et à permettre ainsi le décongestionnement des collecteurs et égouts lyonnais. Son origine est prévue au Chemin de la Feyssine, sur la rive gauche du canal de Jonage puis son tracé est à peu près parallèle à la ligne Paris-Lyon-Marseille pour finir à Saint-Fons : « Après traitement dans une station de décantation et d’épuration, l’effluent sera rejeté au Rhône au sud de l’agglomération de St-Fons. »
Après l’exécution de l’ouvrage, l’objectif est le suivant : « la totalité des eaux de la rive gauche du Rhône sera ainsi drainée vers l’aval de l’agglomération et pourra être traité à une station d’épuration, qui sera située près du débouché du grand collecteur dans le Rhône, dans les terrains désaffectés de la Poudrerie de St-Fons. ».

Ultérieurement, les documents réalisés par la COULY (actuel Grand Lyon) sur les stations d’épuration (1ère édition de 1980 et édition mise à jour de 1985) permettent de préciser les dates de construction des deux principaux équipement que sont la station d’épuration de Pierre-Bénite (février 1972) et celle de Saint-Fons (fin 1977). 9 stations d’épuration de moyenne importance (en 1980) puis 7 (en 1985) existent également.
Pour chacun des équipements, les documents donnent des précisions techniques (procédés adoptés, traitement des eaux, boues, jus…) et des photographies.

Vous trouverez d’autres informations concernant la période plus récente sur les sites :
- du Grand Lyon
- de la préfecture du Rhône.