CARACTERISATION QUANTITATIVE ET QUALITATIVE ... - ENGEES

RESUMELa présente étude s’inscrit dans une volonté de décrire et de comprendre les relations entemps de pluie entre le fonctionnement des déversoirs d’orage, la pollution et lesconséquences des déversements sur le milieu naturel.L’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette déverse ses eaux dans la Deûle parl’intermédiaire d’une centaine de déversoirs d’orage. Certains de ces déversoirs dont celui del’Esplanade, sujet de l’étude, font l’objet d’une auto-surveillance. A partir des donnéesmesurées sur ce dernier, le premier volet de l’étude menée consiste à comparer les volumesdéversés mesurés in situ et ceux calculés par le logiciel MOUSE dans le but d’améliorer laprévision des volumes déversés. L’origine des différences entre ces deux volumes a étédécelée mais reste à être finalisée dans le modèle hydraulique.Lors des déversements, la pollution rejetée au milieu naturel dépend de l’événement pluvieux.La deuxième partie de ce rapport a pour objectif de trouver un lien entre la pluie et le flux depollution produit à l’échelle du déversoir d’orage grâce à l’analyse d’une campagne demesures. Le nombre d’événements pluvieux à disposition est très restreint. De plus lapollution déversée dépend de nombreux paramètres qui ne suivent pas de logique implacable.Seule la réflexion est donc présentée, toutes conclusions catégoriques étant impossibles.Enfin une analyse macroscopique par discrétisation du cours d’eau est menée afin de suivrel’évolution de la qualité de l’eau de la Deûle. Cette partie se veut simple et se limite à un seuldéversoir d’orage. Elle permet cependant de mettre en évidence l’aspect spatio-temporel desimpacts physico-chimiques des déversements.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine3

ABSTRACTThe presented study comes within the scope of a will to describe and understand the relationsduring a rainfall between the working of overflow structures, pollution and overflows resultson the natural environment.The « Lille-Marquette » drainage urban area pours out its storm sewage in the “Deûle”through about a hundred of overflow structures. Some of these overflow structures as « TheEsplanade » overflow structure are the subject of a permanent supervision. The first part ofthis study consists in comparing observed overflows and overflows simulated by the MOUSEsoftware in order to improve the overflows prediction. The origin of the difference betweenthe two overflows is detected but must be finalized in the hydraulic model.During the overflows the pollution which is released in the receiver environment depends onthe rainfall. The aim of second part is to find a link between the rain and the pollution flowthrough a measurement survey. The available rainfalls number is restricted. Moreover thereleased pollution depends on a lot of parameters which don’t follow a simple logic. Acategorical conclusion is not possible. Consequently only the thought is presented.Finally a macroscopic analysis by waterway discretization permits to follow the “Deûle”water quality evolution. This part is simplified and limits itself to one overflow structure. Itemphasizes the overflows physical and chemical aspects.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine5

SOMMAIRERemerciements ......................................................................................................................... 1Resumé ...................................................................................................................................... 3Abstract ..................................................................................................................................... 5Sommaire .................................................................................................................................. 7Liste des sigles et abréviations ............................................................................................... 10Liste des figures ...................................................................................................................... 10Liste des tableaux ................................................................................................................... 11Liste des graphes .................................................................................................................... 11Introduction ............................................................................................................................ 13I. SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE ......................................................................................... 15A. LE RÔLE DES DÉVERSOIRS D’ORAGE ET LEUR AUTO-SURVEILLANCE..................................... 151. Les déversoirs d’orage dans le système d’assainissement........................................ 152. Auto-surveillance des déversoirs d’orage et le contexte réglementaire ................... 163. Enjeux du suivi des déversoirs d’orage .................................................................... 17B. LA POLLUTION LORS D’UN EVENEMENT PLUVIEUX ............................................................... 181. Que se passe t-il entre deux pluies ?......................................................................... 182. Origine des polluants ................................................................................................ 203. Nature de la pollution des eaux de ruissellement ..................................................... 20C. EFFETS SUR LE MILIEU NATUREL........................................................................................... 22II. ESTIMATION DES VOLUMES DÉVERSÉS PAR LE DÉVERSOIR D’ORAGE DEL’ESPLANADE ................................................................................................................................... 26A. RAPPEL DE L’OBJECTIF ......................................................................................................... 26B. PRÉSENTATION DU DÉVERSOIR D’ORAGE ET DU LOGICIEL..................................................... 261. L’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette ............................................ 262. Description du déversoir d’orage « Façade de l’Esplanade » (DO3) ....................... 273. Les points de mesure ................................................................................................ 284. Le logiciel MOUSE .................................................................................................. 29C. PRÉSENTATION ET CRITIQUE DES RÉSULTATS ....................................................................... 291. Les données pluviométriques ................................................................................... 292. Comparaison des volumes déversés mesurés et calculés ......................................... 313. Critiques des résultats............................................................................................... 344. Alternatives pour améliorer les mesures................................................................... 35D. CONCLUSION ........................................................................................................................ 36III. RELATION ENTRE EVENEMENT PLUVIEUX ET POLLUTION DEVERSEE ......... 37A. RAPPEL DES OBJECTIFS ......................................................................................................... 37B. LA CAMPAGNE DE PRÉLÈVEMENTS ....................................................................................... 371. Présentation du site expérimental et de la campagne de prélèvements .................... 37Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine7

2. Caractéristiques des événements pluvieux considérés ............................................. 393. Paramètres pris en compte dans l’étude.................................................................... 404. Estimation actuelle de la pollution déversée ............................................................ 40C. ETUDE D’UN LIEN POSSIBLE ENTRE POLLUTION DÉVERSÉE ET ÉVÉNEMENT PLUVIEUX.......... 411. Premières tendances.................................................................................................. 412. Infructuosité du modèle de Rochester ...................................................................... 423. Méthode par formation de classes de pluies............................................................. 424. Critiques des données ............................................................................................... 44D. CONCLUSION ........................................................................................................................ 45IV. EVALUATION SIMPLIFIÉE DES EFFETS DES DÉVERSEMENTS SUR LE MILIEUNATUREL ........................................................................................................................................... 46A. RAPPEL DES OBJECTIFS ......................................................................................................... 46B. IMPACTS SUR LE COURS D’EAU, LA DEÛLE ........................................................................... 461. Description du cours d’eau et des points de mesure................................................. 462. Importance des rejets ................................................................................................ 473. Discrétisation du cours d’eau.................................................................................... 484. Effets détaillés des déversements ............................................................................. 505. Sensibilité de la Deûle face aux déversements......................................................... 52C. IMPACT DU FUTUR BASSIN DE DÉPOLLUTION DES BATELIERS ............................................... 531. Contexte de l’étude................................................................................................... 532. Evaluation de la pollution captée.............................................................................. 533. Impacts détaillés sur le milieu naturel ...................................................................... 54D. CONCLUSION ........................................................................................................................ 55Conclusion ............................................................................................................................... 57Glossaire .................................................................................................................................. 59Bibliographie........................................................................................................................... 60Annexes ................................................................................................................................... 63Annexe 1 : Carte des agglomérations de Lille Métropole Communauté Urbaine................... 65Annexe 2 : Les points de mesure du déversoir d’orage de l’Esplanade (PM3)....................... 66Annexe 3 : Schémas explicatifs des points de mesure du déversoir d’orage de l’Esplanade .. 67Annexe 4 : Carte des polygones de Thiessen et localisation des stations pluviométriques del’agglomération de Lille-Marquette......................................................................................... 68Annexe 5 : Tableaux récapitulatifs des événements mesurés et calculés................................. 69Annexe 6 : Graphes des hauteurs et des débits mesurés (bleu) et calculés (noir) pourl’événement du 13 juillet 2002 (MOUSE)................................................................................ 70Annexe 7 : Exemple de résultats de prélèvements pour l’événement du 29 septembre 2005 .. 71Annexe 8 : Tableau récapitulatif des événements pluvieux considérés ................................... 72Annexe 9 : Graphes de comparaison des masses en DCO et DBO5 mesurées et estimées parle service métrologie ................................................................................................................ 74Annexe 10 : Tableaux détaillés des classes formées à partir du graphe hauteur d’eauprécipitée / durée de la pluie puis formées à partir des hydrogrammes de déversement ........ 75Annexe 11 : Formes des différents hydrogrammes de déversement ........................................ 76Annexe 12 : Répartition des points de mesure sur la Deûle .................................................... 77Annexe 13 : Tronçon de la Deûle étudié et profils en travers.................................................. 78Annexe 14 : Tableau récapitulatif de la qualité de l’eau de la Deûle à Haubourdin.............. 80Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine8

Annexe 15 : Grille d’analyse de 1971 répertoriant les différentes classes de cours d’eau..... 81Annexe 16 : Evolution de la concentration en MES de la Deûle au cours de l’événementpluvieux du 29 mai 2005 .......................................................................................................... 82Annexe 17 : Graphes représentant la durée de déclassement de la Deûle selon les débits pourle paramètre DBO5. ................................................................................................................. 83Annexe 18 : Graphes représentant la durée de déclassement de la Deûle selon les débits pourle paramètre DCO.................................................................................................................... 84Annexe 19 : Graphes de comparaison des concentrations en MES et des temps dedéclassement de la Deûle avant et après construction du bassin de dépollution. ................... 85Annexe 20 : Graphes de comparaison des concentrations en DCO et des temps dedéclassement d’au moins 1 classe de la Deûle avant et après construction du bassin dedépollution des Bateliers.......................................................................................................... 86Annexe 21 : Graphes de comparaison des concentrations en DBO5 et des temps dedéclassement d’au moins 1 classe de la Deûle avant et après construction du bassin dedépollution des Bateliers.......................................................................................................... 87Annexe 22 : Concentrations maximales en DCO et en DBO5 et durée de déclassement de laDeûle pour un débit égal au débit d’étiage du Rhin (QMNA5=520 m 3 /s)............................... 88Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine9

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONSDBO5 : Demande Biologique en Oxygène à cinq joursDCO : Demande Chimique en OxygèneLTS : Long term SimulationMES : Matières en SuspensionNTK : Azote Total KjeldhalPtot : Phosphore TotalQMNA2 : Débit mensuel minimal annuel de période de retour deux ansQMNA5 : Débit mensuel minimal annuel de période de retour cinq ansRNB : Réseau National de BassinRUTP : Rejets Urbains de Temps de PluieLISTE DES FIGURESFigure 1 : Cycle de l'eau en milieu urbain [VALIRON & TABUCHI, 1992] _____________ 19Figure 2 : Echelles de temps relatives à l'impact des RUTP [CHABOT, 1997] __________ 24Figure 3 : Echelles d'espace relatives à l'impact des RUTP [CHABOT, 1997]___________ 24Figure 4 : Schéma d'un ouvrage du type "trou dans le mur" [VASQUEZ, 2006] _________ 27Figure 5 : Environnement du déversoir d'orage PM3 ______________________________ 28Figure 6 : Localisation des pluviographes à pesée_________________________________ 30Figure 7 : Profil en long de la canalisation de débit conservé (logiciel MOUSE)_________ 33Figure 8 : Principe d'une sonde à ultrasons ______________________________________ 36Figure 9 : Structure du déversoir d'orage des Bateliers_____________________________ 38Figure 10 : Schéma explicatif de la discrétisation du cours d'eau _____________________ 49Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine10

LISTE DES TABLEAUXTableau 1 : Moyens de surveillance à mettre en oeuvre pour le débit et la charge polluante 17Tableau 2 : Ordres de grandeur de la pollution accumulée sur les voiries [VALIRON &TABUCHI, 1992] __________________________________________________________ 20Tableau 3 : Comparaison théorique des rejets pour différents systèmes de collecte [VALIRON& TABUCHI, 1992] ________________________________________________________ 21Tableau 4 : Caractéristiques des pluies échantillonnées utilisables ___________________ 39Tableau 5 : Coefficients de corrélation simple entre la concentration moyenne de l'effluent etles caractéristiques de l'événement pluvieux______________________________________ 42Tableau 6 : Equations de Rochester pour les différents paramètres de pollution _________ 42Tableau 7 : Caractéristiques de l'événement pluvieux du 22 septembre 2003 ____________ 44Tableau 8 : Points de mesure de la qualité de la Deûle _____________________________ 47Tableau 9 : Points de mesure des débits de la Deûle _______________________________ 47Tableau 10 : Valeurs caractéristiques d'un équivalent-habitant [SATIN, 1999] __________ 48Tableau 11 : Importance en équivalents-habitants de la pollution rejetée lors de différentespluies au déversoir d'orage des Bateliers ________________________________________ 48Tableau 12 : Récapitulatif des déversements pris en compte _________________________ 49Tableau 13 : Récapitulatif des six plus gros événements considérés ___________________ 52Tableau 14 : Conséquences des déversements sur la Deûle pour un débit égal au débitd’étiage du Rhin pour le paramètre MES ________________________________________ 53LISTE DES GRAPHESGraphe 1 : Comparaison des volumes déversés calculés et mesurés ___________________ 31Graphe 2 : Hauteurs d'eau et débits mesurés (bleu) et calculés (noir) pour l'événement du 20août 2002_________________________________________________________________ 32Graphe 3 : Comparaison des volumes déversés calculés et mesurés après modification ___ 32Graphe 4 : Comparaison des débits amont mesuré (bleu) et calculé (vert) lors du déversementdu 13 mars 2002 ___________________________________________________________ 34Graphe 5 : Comparaison des masses déversées en MES mesurées et estimées par le servicemétrologie ________________________________________________________________ 41Graphe 6 : Graphe décrivant la hauteur d’eau tombée en fonction de la durée de la pluie _ 43Graphe 7 : Concentration maximale en MES en fonction de la durée de temps sec _______ 44Graphe 8 : Durée de déclassement du tronçon 1 (MES) ____________________________ 50Graphe 9 : Durée de déclassement du tronçon 5 (MES) ____________________________ 51Graphe 10 : Durée de déclassement du tronçon 10 (MES) __________________________ 51Graphe 11 : Evaluation du pourcentage de masse en MES captée par le bassin__________ 54Graphe 12 : Exemple de graphe de comparaison des concentrations maximales et des tempsde déclassement avant et après construction du bassin _____________________________ 54Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine11

INTRODUCTIONLes préoccupations liées à la dégradation importante du milieu récepteur après un épisodepluvieux, bien que relativement récentes, sont désormais à prendre en compte dans ladéfinition des politiques à mener en vue d’améliorer la qualité du milieu naturel.Les mortalités piscicoles observées dans divers cours d’eau, consécutives à des orages, ontpermis une prise de conscience de l’ensemble des acteurs de la vie publique responsables dela protection des milieux récepteurs. Cependant prendre conscience d’un problème ne suffitpas à le résoudre, il faut également mettre en œuvre les moyens nécessaires afin de ne plusrevivre une telle situation.Le problème de la pollution par temps de pluie est complexe. Avec le développement urbain,on assiste à une augmentation des surfaces imperméables d’où un accroissement des débits àévacuer en temps de pluie. Tout en ruisselant vers les exutoires existants (cours d’eau, lac…),l’eau pluviale se charge de nombreux polluants présents sur les sols urbains : matièresorganiques, nutriments (azote, phosphore), métaux lourds…On assiste au « grand nettoyage »urbain et se pose alors la question : que faire de l’eau de lavage de la ville après sa douche ?Dans les réseaux unitaires, on observe la remise en suspension des dépôts déjà présents dansles collecteurs et le mélange des eaux de ruissellement et des eaux usées.Les conséquences sur le milieu naturel sont multiples mais citons principalement uneaugmentation de la turbidité et une diminution de la concentration en oxygène dissous due à laforte activité bactérienne. [CHOCAT, 1997]Mais l’impact des rejets par temps de pluie ne se limite pas à ces conséquences directes. Ilexiste en effet des effets chroniques qui sont difficiles à évaluer et même encore mal connus.Le bassin versant urbain, le réseau d’assainissement et le milieu naturel forment un seulet même système, d’où la nécessité d’une approche globale [VALIRON & TABUCHI, 1992].Ainsi les trois compartiments de ce système ont fait l’objet de mesures : mesurespluviométriques, mesures sur le réseau d’assainissement et mesures dans le milieu récepteur.Cependant mesurer l’ensemble des flux de pollution issus des différents rejets et lesconcentrations résultantes dans le milieu récepteur serait très difficile à mettre en œuvre ettrès coûteux, si bien qu’on utilise des logiciels de simulation pour quantifier et qualifierl’impact des rejets urbains par temps de pluie dans le milieu naturel. L’objet d’une simulationest de reproduire, par le calcul, le fonctionnement du réseau d’assainissement.La Communauté Urbaine de Lille souhaite donc construire une stratégie pourl’assainissement de temps de pluie de l’agglomération qui prendra en compte les spécificitésdu milieu récepteur. La démarche est axée sur le fonctionnement du système d’assainissementet sur les conséquences des déversements en temps de pluie sur le milieu récepteur. On veutainsi décrire et comprendre les relations entre pluies et flux de pollution puis entredéversements au milieu naturel et qualité de l’eau de la rivière en situation actuelle. Pour celades dispositifs de mesure et des modèles permettent de caractériser les pluies, de quantifier lesdéversements de la ville puis de décrire l’évolution du milieu récepteur face aux rejets.L’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette déverse ses eaux dans la Deûle par unréseau majoritairement unitaire. Par temps sec, les effluents sont transportés vers la stationEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine13

d’épuration de Marquette par les collecteurs Ouest et Est. Ils reçoivent essentiellement pargravité, les effluents des bassins versants de l’agglomération. Les eaux traitées sont ensuiterejetées dans la Deûle.Par temps de pluie, des déversoirs d’orage, installés principalement le long de ces collecteurs,évacuent directement dans la Deûle les surcharges hydrauliques que ne peuvent accepter lastation d’épuration.La Deûle est une rivière urbaine avec un débit d’étiage proche de deux mètres cubes parseconde et un objectif de qualité de 2. Le lit mineur est assez large et très anthropique.Le cadre de l’étude est l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette et plusprécisément les déversoirs d’orage des Bateliers et de l’Esplanade qui déversent dans laDeûle.En pratique le déroulement de l’étude peut être scindé en trois parties que l’on retrouve dansla présentation de ce mémoire.une première partie axée sur le déversoir d’orage de l’Esplanade et sur laquantification des volumes déversés à l’aide de logiciel de simulation MOUSE,une deuxième partie basée sur l’étude d’une campagne de prélèvements sur ledéversoir d’orage des Bateliers et destinée à tenter d’établir un lien entre l’événementpluvieux et la pollution déversée,une dernière partie où l’on étudie de façon simple les impacts physico-chimiques deces déversements sur le milieu naturel récepteur, la Deûle et les répercussions de laconstruction prochaine d’un bassin de dépollution.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine14

I. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUEA. LE ROLE DES DEVERSOIRS D’ORAGE ET LEUR AUTO-SURVEILLANCELa lutte contre la pollution de nos cours d’eau passe par une maîtrise des flux de pollutionrejetés par les activités humaines, notamment par l’intermédiaire des systèmesd’assainissement urbains. Les impératifs économiques actuels imposent une gestionrigoureuse et optimale de ces systèmes d’assainissement. La conjonction de ces deuxcontraintes a créé le besoin de connaître et donc de mesurer les débits et les flux de pollutiontransitant dans les systèmes d’assainissement et ceux rejetés dans le milieu naturel avant ouaprès traitement.1. Les déversoirs d’orage dans le système d’assainissementL’assainissement des zones urbaines poursuit trois objectifs :Objectif de santé publique : il s’agit d’isoler et d’évacuer des eaux vecteurs de germespathogènes qui devront être éliminés par la suite,Objectif de lutte contre les inondations : il s’agit de recueillir, d’évacuer ou de stockerles eaux issues des précipitations et d’éviter qu’elles ne causent des dommages,Objectif de protection de l’environnement : on cherche à rejeter au milieu naturel deseaux les moins nuisibles possibles à la qualité de l’eau présente dans le milieu. Il s’agitnon seulement de protéger la faune et la flore mais aussi les ressources en eauxdestinées aux activités humaines.Pour répondre à ces trois objectifs, le système d’assainissement intègre deux types d’ouvragequi sont en interaction :Un réseau de collecte : il peut être unitaire ou séparatif selon que les eaux usées detemps sec et les eaux pluviales circulent ou non dans la même conduite.Un ouvrage de traitement des eaux résiduaires.Quand le réseau est unitaire, l’interaction entre ces deux types d’ouvrage se manifeste parla nécessité de limiter les débits d’entrée de la station de traitement pour lui garantir unfonctionnement optimal. C’est pourquoi il existe en des points stratégiques du réseau, desdéversoirs d’orage destinés à limiter les débits en entrée de station en temps de pluie, le débitexcédentaire étant déversé directement au milieu naturel généralement sans traitement.On désigne plus précisément par déversoir d’orage un ouvrage permettant le rejet direct d’unepartie des effluents au milieu naturel lorsque le débit à l’amont dépasse une certaine valeur.Les déversoirs d’orage sont généralement installés sur les réseaux unitaires dans le but delimiter les apports au réseau aval et en particulier dans la station d’épuration en cas de pluie.[CHABOT, 1997]Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine15

Le déversoir d’orage est donc avant tout :un ouvrage de contrôle permettant une régulation hydraulique des effluents en réseaud’assainissement. Il rejette directement une partie des effluents au milieu naturellorsque le débit à l’amont dépasse une certaine valeur appelée débit de référence.un ouvrage de dérivation recevant les eaux d’un collecteur amont, les renvoyant aucollecteur aval et dirigeant le trop plein vers un collecteur de décharge. Lesdéversements se font le plus souvent directement vers le milieu naturel.A partir de ces définitions on en déduit que les quatre fonctions principales d’un déversoird’orage sont de : Laisser transiter le débit des eaux usées de temps sec sans surverse et sans trop fairechuter la vitesse de l’écoulement afin de limiter la décantation des matières ensuspension présentes dans l’effluent, Laisser transiter sans surverse jusqu’au débit de référence, c’est à dire le débitmaximal admis à l’aval, Déverser le débit excédentaire de pluie (au delà du débit de référence) sans mise encharge et décantation dans la conduite amont et sans surcharge excessive de débit dansle réseau à l’aval, Empêcher l’entrée d’eau en provenance du milieu naturel. [VASQUEZ, 2006]Les déversoirs d’orage étant des ouvrages complexes s’ajoutent aux problèmes deconception de l’ouvrage les problèmes de l’étude de leur fonctionnement. L’analyse dufonctionnement hydraulique des déversoirs d’orage peut être conduite dans un but deconnaissance hydraulique mais aussi d’estimation des volumes d’eau ou des masses depolluants rejetés au milieu naturel. L’estimation des masses de polluants rejetées au milieunaturel pour un événement, pour une période de retour particulière, ou pendant une duréedonnée, est plus compliquée. Il est en effet nécessaire de déterminer successivement : Le ou les événements pluvieux à prendre en compte, Le ou les hydrogrammes résultant du point de rejet, La proportion volumétrique de cet ou ces hydrogrammes rejetée au milieu naturel, La concentration en polluants de l’eau rejetée (et éventuellement son évolution dans letemps). [CHABOT, 1997]2. Auto-surveillance des déversoirs d’orage et le contexte réglementaireL’objectif premier de l’auto-surveillance est de vérifier l’efficacité du systèmed’assainissement vis à vis des contraintes réglementaires. Au delà de cet objectif l’autosurveillanceest une véritable aide à la fiabilisation des installations pour la prévention desdysfonctionnements et l’aide à la réhabilitation. [VASQUEZ, 2006]Les règles en matière de surveillance des ouvrages de collecte et de traitements des eaux uséessont dictées par l’arrêté du 22 décembre 1994. Cet arrêté impose de façon très précise lesactions à mettre en place pour assurer le contrôle du respect des obligations réglementaires.N°4 de l’annexe II de l’arrêté du 22 décembre 1994 : L’exploitant réalise la surveillancedes rejets des déversoirs d’orage et dérivations éventuelles situés sur un tronçon destiné àcollecter une charge brute de pollution organique par temps sec supérieure à 600Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine16

kilogrammes par jour. Il réalise sur ces installations la mesure en continu du débit et estimela charge polluante (MES, DCO) (cf Glossaire) déversée par temps de pluie.Les déversoirs d’orage et dérivations éventuelles situés sur un tronçon destiné à collecter unecharge brute de pollution organique par temps sec comprise entre 120 et 600 kilogrammespar jour font l’objet d’une surveillance permettant d’estimer les périodes de déversement etles débits rejetés.DébitCharge polluante120 < Charge brute depolluant organique < 600 Kg/jEstimation des périodes dedéversement et des débitsrejetésNéantCharge brute de polluantorganique > 600 Kg/jMesure en continu des débitsEstimation de la chargepolluante (MES, DCO)déversée par temps de pluie.Tableau 1 : Moyens de surveillance à mettre en oeuvre pour le débit et la charge polluanteN°5 de l’annexe II de l’arrêté du 22 décembre 1994 : Les dispositions de l’alinéa 4 de laprésente annexe peuvent être adaptées par le préfet sur la base des résultats de l’étudediagnostique visée à l’article 16-11 du décret n°94-469 du 3 juin 1994 et remplacées par lesuivi des déversoirs représentant au moins 70% des rejets dans le milieu récepteur du systèmede collecte.Vu le second arrêté du 22 décembre 1994, les délais de mise en œuvre de l’auto-surveillancedes ouvrages existants sont arrivés à terme. En effet la dernière date de mise en conformitéétait pour l’année 2000.Aujourd’hui aucune surverse ne doit avoir lieu en temps sec et il ne doit plus y avoir derejets excessifs des déversoirs d’orage par temps de pluie. Dans le second cas cela est dûprincipalement à des insuffisances structurelles. La connaissance des rejets entraînés par lesdéversoirs d’orage doit ainsi permettre d’évaluer la nécessité des travaux sur les réseaux quipermettront de limiter les apports d’eaux de ruissellement dans ceux-ci. [VASQUEZ, 2006]3. Enjeux du suivi des déversoirs d’orageLa connaissance des flux de pollution rejetés par les systèmes d’assainissement répond à troisenjeux majeurs Un enjeu réglementaireLa loi sur l’eau de janvier 1992 institue une approche globale de la gestion des systèmesd’assainissement. En ce qui concerne les rejets urbains de temps de pluie (RUTP) (cfGlossaire), l’objectif est double. Il s’agit à la fois de limiter les pollutions déversées sanstraitement vers le milieu récepteur et de garantir un fonctionnement optimal des stations detraitement des eaux usées.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine17

Un enjeu techniqueLa modélisation hydraulique des déversoirs d’orage et la prévision de la qualité de l’eaurejetée restent des objectifs majeurs de la recherche actuelle dans le domaine del’assainissement. Or l’accumulation de mesures in situ constitue une étape indispensable àcette modélisation pour caler et valider les différents modèles. Un enjeu économiqueLa mise en place d’un suivi permanent du système d’assainissement permet d’assurer unemeilleure utilisation des équipements de traitement des eaux usées ainsi que de prévenir toutrisque de dysfonctionnement de ces équipements suite par exemple à une brusque dégradationde la qualité des eaux à traiter.B. LA POLLUTION LORS D’UN EVENEMENT PLUVIEUX1. Que se passe t-il entre deux pluies ?Entre deux pluies successives, le sol des agglomérations et plus généralement les surfacesimperméables (toitures notamment) se chargent de différents détritus (papier, feuilles mortes,matière organique…). Lorsque survient un événement pluvieux, la ville prend sa douche. Leseaux météoriques ruissellent sur le sol et, suivant leur intensité, entraînent vers le réseaud’assainissement de fines particules solides plus ou moins chargées en matière organique.L’action des précipitations sur le sol peut se décomposer de la façon suivante :Tout d’abord le mouillage en surface qui correspond à 0.5 millimètre de pluie[VALIRON & TABUCHI, 1992] et qui ne provoque pas d’écoulement. On observe ledébut de la dissolution des éléments solubles en dépôt sur le sol et dans l’atmosphère.Ensuite le ruissellement, l’entraînement et le transport des particules du sol. Cesphénomènes sont complexes et dépendent notamment de la hauteur de pluieprécipitée, de son intensité et de la taille des gouttes de pluie.Dans les conduites, les eaux pluviales peuvent se mélanger aux eaux usées s’il s’agit d’unréseau unitaire ou transiter seules si on a affaire à un réseau séparatif. Dans tous les cas, onobserve l’apparition d’écoulements transitoires dus principalement au caractère irrégulier desprécipitations et au cours desquelles peuvent survenir des décantations de particules solidesou des remises en suspension de dépôts.Le cycle de l’eau en milieu urbain montre que les phénomènes pluvieux discontinus sontà associer aux phénomènes relatifs aux eaux usées même si les réseaux de collecte sontdistincts.L’assainissement met en relation le milieu naturel récepteur et le milieu urbain à traversl’évacuation des eaux pluviales et des eaux usées. [VALIRON & TABUCHI, 1992]Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine18

évaporationOcéanAtmosphèreprécipitationévaporationécoulementécoulementSurfacesperméables / imperméablesRivièreNappe phréatiqueinfiltrationécoulement desurfacerejetdirectdistributioneaurejetEcoulement enréseauConsommationeaurejetdirectécoulement enréseaurejetStationd’épurationFigure 1 : Cycle de l'eau en milieu urbain [VALIRON & TABUCHI, 1992]Comme on l’a vu précédemment, en cas de fortes pluies, des déversoirs d’orage établis le longdu réseau évacuent les eaux excédentaires. Les surverses unitaires rejettent alors au milieunaturel une eau composée pour une partie d’eaux usées et pour une partie d’eau deruissellement avec sa propre pollution.La fraction d’eaux usées est d’autant plus faible que le débit d’eau pluviale est plus fort. Lemélange dépend aussi du calage du déversoir d’orage et de ses caractéristiques de forme. Ladilution dépend des caractéristiques du réseau et de celles de la pluie. Les surverses unitairessont donc différentes des rejets pluviaux et leur étude est plus complexe puisqu’aux nombreuxparamètres concernant les eaux pluviales s’en ajoutent d’autres liés au réseau unitaire luimême.[ASSOCIATION SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE POUR L’EAU ETL’ENVIRONNEMENT, 2006]De plus, certains réseaux d’assainissement peuvent être sous dimensionnés même pour unepluie normale ou bien des déversoirs mal entretenus, si bien que les flux déversés dans lecours d’eau apparaissent alors très pollués. Les rejets dans le milieu naturel dépendent en effetbeaucoup du dimensionnement de conduites et du système de collecte. [VALIRON &TABUCHI, 1992]Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine19

2. Origine des polluantsL’origine des apports de polluants est double. La pollution provient directement de lapluie qui tombe sur la surface imperméabilisée et aussi du ruissellement sur les chaussées.Les pollutions atmosphériques trouvent leur origine dans les industries, le chauffage, leséchappements de moteur d’automobiles. Les gaz mis en cause sont les oxydes de carbone,d’azote, le dioxyde de soufre, les poussières, les vapeurs d’organochlorés ou d’hydrocarbures.En définitive, la part de la pollution pluviale apportée par l’atmosphère est de l’ordre de 20 à25%, sauf pour les métaux lourds qui représentent 70 à 75%. [VALIRON & TABUCHI,1992]Une deuxième source de polluants est à rechercher dans les sols imperméabilisés et lestoitures où on retrouve différents éléments : Lubrifiant, essence, dépôts d’échappement Particules de pneus, terre, boue Fraction de produits transportés Déchets lors des marchés Déjections d’animaux Dégradation des chaussées : éléments minéraux, goudron, sable, sablage et salagel’hiver…Le tableau ci-dessous présente quelques ordres de grandeur de la pollution accumulée sur lesvoiries et reprise par le ruissellement.Résidentielfaible densitéindividuelRésidentielforte densitécollectifCommercialPetitesindustriesRoutes etautoroutesDépôts solides(Kg/Km²/an)10-180 30-210 13-180 80-290 13-1 100DBO5 (ppm) 5 200 3 300 7 100 2 900 2 300-10 000DCO (ppm) 40 000 40/42 000 39/62 000 25 000 53/80 000Ntot (ppm) 480 55/600 400 430 220/1 000Pb (ppm) 1 570 1 900 2 300 1 600 450/2 300Tableau 2 : Ordres de grandeur de la pollution accumulée sur les voiries [VALIRON &TABUCHI, 1992]On considère que 35 à 40% de la masse totale des particules ayant un diamètre inférieur à 250micromètres représentent 75% du pouvoir polluant des voiries. Les toitures contribuent à lapollution globale puisqu’elles apportent 15 à 30% des matières en suspension et du zincsuivant le revêtement des toitures. [VALIRON & TABUCHI, 1992]3. Nature de la pollution des eaux de ruissellementLes eaux de pluie sont sales et apportent une charge de pollution supplémentaire auréseau d’assainissement. Les eaux de ruissellement, très concentrées dans le temps (en généralla pointe du pollutogramme est synchrone avec celle de l’hydrogramme), dépassant largementla capacité de traitement des stations d’épuration, sont généralement renvoyées directementdans le milieu naturel par l’intermédiaire des déversoirs d’orage.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine20

Bien souvent encore le flux d’orage, alors qu’il charrie de nombreux éléments nonbiodégradables, ne fait l’objet d’aucun traitement.Différents études montrent que la pollution véhiculée par les eaux de ruissellement estprincipalement associée aux matières en suspension (MES). On démontre que lespourcentages de la pollution fixée sur des particules en suspension par rapport à la pollutionglobale (particulaire ou dissoute), sont supérieurs à 70% et atteignent parfois jusqu’à 99% ence qui concerne les paramètres DCO, DBO5, NTK, hydrocarbures et plomb. (cf Glossaire)Par temps sec, les eaux usées urbaines ont des caractéristiques qualitatives et quantitativesvariables mais assez reproductibles d’un cycle journalier à l’autre.Par temps de pluie, les eaux qui transitent dans les réseaux unitaires ont généralement descaractéristiques spécifiques différentes de celles des eaux usées et des eaux pluviales strictes.On observe le plus souvent : Une teneur en MES minérales supérieure à celle des eaux usées de temps sec, associéeà une meilleure aptitude à la décantation. La pollution de temps de pluie estmajoritairement particulaire, Une biodégradabilité moins bonne que celle des eaux usées de temps sec, Une concentration en MES et métaux lourds supérieure à celle des eaux usées detemps sec, Une concentration en DBO5, azote et phosphore inférieure à celle des eaux usées detemps sec.On remarque également de fortes variations des concentrations au cours d’un mêmeévénement pluvieux.Le tableau ci-dessous, établi pour une ville théorique de 10 000 habitants permet également decomparer les surverses unitaires aux rejets séparatifs et aux apports des effluents traités parune station d’épuration.CM*(mg/l)Rejets STEP Surverses unitaires Eaux pluvialesFluxannuel(tonnes)Fluxjournalier(Kg)CM*(mg/l)Fluxannuel(tonnes)Flux surverseunitaire (Kg)CM*(mg/l)Fluxannuel(tonnes)Fluxdéversé(Kg)MES 20 à 30 10 à 17 25 à 50 20 à 1000 40 à 200 270 à 800 100 à 1000 25 à 100 170 à 700DBO5 20 à 30 10 à 17 25 à 50 70 à 150 15 à 30 100 à 300 10 à 100 2.5 à 10 17 à 170DCO 60 à 90 35 à 50 100 à 140 200 à 600 40 à 130 270 à 1300 50 à 600 10 à 50 70 à 350*CM : concentration moyenneTableau 3 : Comparaison théorique des rejets pour différents systèmes de collecte [VALIRON &TABUCHI, 1992]On remarque que les surverses unitaires sont plus chargées que les rejets séparatifs en MES,DCO et DBO5 et qu’au total, malgré un nombre de jours de rejet moins élevé, le flux annuelest le plus fort.En conclusion, la spécificité des surverses des collecteurs unitaires réside dans laconjonction de deux caractéristiques aggravantes : ce sont des rejets importants en terme deflux annuels mais concentrés en de courtes périodes. L’évaluation de la pollution par temps depluie s’avère alors plus difficile à réaliser que celle par temps sec car les apports de polluantssont multiples et diffus. La pollution est mobilisée par la pluie lors de sa chute puis au coursEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine21

du ruissellement. Il s’agit d’un phénomène variable car il dépend des précipitations et de lacharge polluante au sol et en particulier de la période de temps sec entre deux pluies.C. EFFETS SUR LE MILIEU NATURELTous les cours d’eau, petits ou grands, souffrent des rejets urbains par temps de pluie. Eneffet, par leur importance, les surfaces imperméabilisées concentrent avec rapidité lesécoulements vers les exutoires. Les résultats du lessivage des sols et la remise en suspensiondes dépôts des collecteurs se traduisent par des charges véhiculées à grande vitesse vers lescours d’eau, qui subissent, de ce fait, plusieurs types de dégradation :L’augmentation brutale du débit qui favorise l’érosion des berges et le transport desdépôts du fond et, après des actions répétées, qui finit par mettre en péril des secteursen aval.L’apport massif de pollution qui « stérilise » les fonds, consomme l’oxygène dissouset peut contaminer durablement par des substances non biodégradables. [CERTU,2003]C’est pourquoi aujourd’hui la maîtrise de la pollution liée aux rejets urbains de temps depluie, qu’ils soient strictement pluviaux ou issus de réseaux unitaires, a pris une placecroissante dans les problèmes d’assainissement. Les investissements prévus à cet effet sont deplus en plus importants. Ils visent à préserver et à reconquérir les écosystèmes aquatiquesmais aussi à l’application de la directive européenne du 21 mai 1991 et des dispositionsréglementaires émanant de la loi sur l’eau du 3 janvier 1992 qui imposent le traitement dessurverses des réseaux unitaires pour les événements non exceptionnels. De plus la nouvelledirective cadre européenne sur l’eau du 23 octobre 2000 vise pour 2015 un bon étatécologique des eaux superficielles et exige la réduction et la suppression des rejets decertaines substances classées comme dangereuses. [ASSOCIATION SCIENTIFIQUE ETTECHNIQUE POUR L’EAU ET L’ENVIRONNEMENT, 2006]Les déversements par temps de pluie peuvent conduire à différents impacts dans les eauxsuperficielles. Les diverses contaminations chimiques, physiques, hygiéniques et esthétiquespeuvent alors limiter l’utilisation de l’eau et dégrader les habitats naturels. Avant d’étudier cesimpacts des rejets urbains de temps de pluie sur le milieu naturel, il est nécessaire de revenirsur la notion même d’impact.Ainsi on appelle impact l’ensemble des conséquences, directes ou indirectes, des rejets sur : lemilieu naturel (le biotope), les espèces animales ou végétales qui y vivent ou en dépendent(biocénose), les activités qui y sont pratiquées ou qui l’utilisent (les usages) ; ce termegénérique recouvre différents phénomènes, dépendant eux-mêmes d’un grand nombred’éléments : diversité des sources de polluants, des polluants eux mêmes, des interactionsphysiques, chimiques et biologiques entre les différents paramètres et enfin diversité desperceptions de la qualité de l’eau. [CHOCAT, 1997]Ces phénomènes d’impact dépendent de la dynamique des rejets et leur sévérité est égalementfonction de la réaction du milieu (état amont, capacité d’auto-épuration, sensibilitéparticulière des usages pratiqués sur le milieu).Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine22

Une façon simple de définir l’impact d’un rejet sur le milieu aquatique consiste à comparerl’état du milieu perturbé par le rejet et l’état hypothétique du milieu en l’absence de rejet (parexemple l’état du milieu à l’amont du rejet).On distingue deux types d’impacts des rejets urbains par temps de pluie sur le milieurécepteur suivant leurs occurrences et leurs dynamiques.Le premier impact se produisant dans le temps a un effet immédiat (ou à court terme) surla rivière. La dégradation du milieu est donc momentanée. Le biotope récupère rapidementpour retrouver sa qualité initiale mais la biocénose peut être affectée plus durablement.Les effets immédiats ou effets de choc correspondent à :Un apport de MES d’où l’augmentation de la turbidité.Un apport d’eaux riches en matière organique biodégradable donc largementdésoxygénées. En effet, l’oxydation de la matière organique, tout comme celle del’ammonium, consomme de l’oxygène. Les bactéries présentes dans les effluents detemps de pluie provoquent également une augmentation de la consommationd’oxygène dissous, si bien que la teneur en oxygène dissous diminue rapidement dansle milieu.Un impact visuel négatif lié à la modification de la coloration et de l’aspect de l’eaudue à l’arrivée d’éléments flottants, de feuilles, de branches, de détritus amenés par lapluie.Le deuxième type d’impact des rejets urbains par temps de pluie est représenté par leseffets différés ou à long terme.Ces effets sont occasionnés par les polluants susceptibles de s’accumuler dans les sédimentset qui sont relargués progressivement, mais aussi par des polluants dont l’effet est durablecomme les métaux lourds et les micropolluants toxiques. On observe alors une perturbationdes équilibres des écosystèmes et une modification des populations.Une des caractéristiques des effets différés est par conséquent une durée supérieure voire trèssupérieure à celle d’un événement ou entre deux événements. La gravité de ces effets résultede la fréquence des événements. Ils sont conservatifs d’où l’importance de considérer descharges annuelles.Il existe également différents niveaux pour ces phénomènes d’impacts. Ils sont ainsihiérarchisés sur trois niveaux : Les impacts physico-chimiques qui ne font intervenir que le paramètre de pollutionconsidéré, indépendamment des autres polluants, L’impact biochimique : il regroupe l’ensemble des réactions biochimiques : autoépuration,consommation d’oxygène due à la dégradation de la matière organique, L’impact biologique relatif soit aux conséquences directes des rejets sur la biocénose,soit aux conséquences en cascade dues aux impacts des deux niveaux précédents.Au vu de ce qui a déjà été, dit il existe donc différentes échelles de temps et d’espace enfonction des rejets considérés, mais aussi en fonction des polluants. En effet les déversementspeuvent avoir des répercussions sur tout le bassin versant et pendant plusieurs décennies.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine23

Figure 2 : Echelles de temps relatives à l'impact des RUTP [CHABOT, 1997]Figure 3 : Echelles d'espace relatives à l'impact des RUTP [CHABOT, 1997]Enfin il est à noter que même au niveau de la qualité des milieux naturels, il existe deuxperceptions différentes. Ainsi la première perception est une perception écologique. Elle estrelative à l’équilibre général de l’écosystème et notamment de la biocénose. On considère quele milieu est de bonne qualité si son état est voisin d’un état naturel de référence. La deuxièmeperception est une perception environnementaliste qui revient à considérer le milieu commel’environnement de l’homme. Le milieu naturel doit être adapté aux usages que l’homme veuten faire (pêche, eau potable…).En conclusion la complexité du fonctionnement des hydrosystèmes rend difficilel’appréciation de l’impact spécifique d’un rejet particulier sur le milieu naturel. Les difficultéssont à la fois liées à la méthode et à la modélisation des phénomènes.D’un point de vue méthodologique, la qualité globale du milieu résulte d’une multitude defacteurs en interaction. Le même rejet peut d’ailleurs avoir des conséquences différentes selonle contexte. Par ailleurs, les dynamiques de réaction des milieux naturels sont très diverses etsouvent organisées en cycles, ce qui rend difficile la mise en relation des rejets,particulièrement des rejets intermittents, avec la qualité du milieu.De plus le terme même de qualité n’est pas simple à cerner. Elle fait souvent appel à desjugements plus ou moins subjectifs, souvent plus liés à des perceptions visuelles ou à despossibilités d’usages qu’à une appréciation rigoureuse de l’état de santé du milieu.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine24

Les phénomènes en cause sont également nombreux et ressortent à différents champsscientifiques (physique, chimie, biologie). Ils sont encore relativement mal connus et leurmodélisation reste relativement simpliste et fortement empirique.L’association de modèles simples à des mesures physico-chimiques sur les rejets et à desmesures sur les milieux permet généralement de se faire une première idée des problèmes lesplus importants rencontrés dans le milieu.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine25

II.ESTIMATION DES VOLUMES DEVERSES PAR LEDEVERSOIR D’ORAGE DE L’ESPLANADEA. RAPPEL DE L’OBJECTIFL’objectif de cette première étude est de quantifier grâce à la modélisation lesdéversements effectués en temps de pluie au milieu naturel pour le déversoir d’orage « Façadede l’Esplanade » qui se trouve sur l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette. Cettequantification passe tout d’abord par une étape de calage du modèle. Il s’agit alors d’ajusterles valeurs numériques des paramètres du modèle pour que les valeurs de débit calculées parle logiciel soient le plus proche possible des valeurs observées à l’aide des différents capteurs.Pour être le plus objectif possible, on comparera les valeurs calculées et mesurées à l’aide desoutils du logiciel et de macros réalisées sous Excel.Le calage ne peut être bon que si les mesures effectuées sur le terrain sont de bonne qualité.On portera donc une attention particulière aux mesures et à leurs validités.B. PRESENTATION DU DEVERSOIR D’ORAGE ET DU LOGICIEL1. L’agglomération d’assainissement de Lille-MarquetteLe territoire communautaire compte vingt trois agglomérations d’assainissement (cfGlossaire), environ 4200 kilomètres de réseau et neuf stations d’épuration.L’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette comprend vingt sept communes entotalité ou partiellement (Bondues, Capinghem, Croix, Faches Thumesnil, Fretin, Haubourdin,Hem, Lambersart, Lesquin, Lezennes, Lille, Linselles, Lomme, Loos, La Madeleine, Marcqen-Baroeul,Mouvaux, Ronchin, Roncq, Roubaix, Saint-André, Sequedin, Villeneuve d’Ascq,Wambrechies, Wasquehal et Wattignies). (cf Annexe 1)Cette agglomération rassemble donc 490 000 habitants et s’étale sur environ 15 000 hectares.La collecte des eaux usées est divisée en quatre grandes zones d’écoulement qui ont toutespour exutoire la station d'épuration de Marquette : La zone Nord, ou Becque des Waziers, de type principalement séparatif. La zone Est, constituée par le bassin versant de la Marque canalisée, de type unitaire. La zone Sud-Ouest, en rive gauche de la Deûle, de type unitaire. La zone Sud, en rive droite de la Deûle, constituée par les collecteurs Est et Ouest, detype unitaire.Cette agglomération ne compte pas moins de cent huit déversoirs d’orage. Le déversoird’orage « Façade de l’Esplanade » fait partie des trente cinq déversoirs d’orage de la zone Sudqui est le bassin de collecte le plus important. Il reprend en effet douze communes (Lille, LaMadeleine, Mons en Baroeul, Hellemmes, Lezennes, Ronchin, Lesquin, Fretin, FachesThumesnil, Wattignies, Loos et Haubourdin). (cf Annexe 1)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine26

Les effluents de toutes ces communes (sauf la Madeleine) transitent au final vers un poste derelèvement (des Bateliers). La population collectée représente 285 000 habitants soit plus dela moitié de la population de l’agglomération d’assainissement.2. Description du déversoir d’orage « Façade de l’Esplanade » (DO3)Le déversoir d’orage « Façade de l’Esplanade » est un déversoir ancien du type « troudans le mur ». Il ne possède donc pas de seuil comme sur un déversoir ordinaire etl’évacuation du trop plein se fait par l’intermédiaire d’une conduite se situant en haut de lachambre.Ce type de déversoir d’orage présente deux inconvénients majeurs. En effet pour évacuerle débit rejeté, l’ouvrage fonctionne comme un réservoir avec vidange par le fond. Il faut doncune charge importante d’eau dans le déversoir pour permettre au trop plein de s’évacuer. Leniveau d’eau risque alors d’atteindre le terrain naturel avant d’atteindre le débit de déchargemaximal. De plus pour que le déversement ait lieu, il est nécessaire que le réseau soit encharge.Figure 4 : Schéma d'un ouvrage du type "trou dans le mur" [VASQUEZ, 2006]L’amont du déversoir d’orage est composé de deux collecteurs, le collecteur Vauban(ovoïde 230*250cm) et le collecteur Ouest (voûté 300*280cm avec banquette en rive gauche).La zone concernée est le secteur sud ouest de la rive droite de la Deûle, sur le bassin versantde Marquette.Le débit conservé continue son trajet dans le collecteur Ouest qui possède à cet endroit unebanquette sur la rive gauche (300*250cm).La séparation des flots est réalisée par l’implantation de deux dalots (250*70cm) puis par undalot unique (150*150cm). L’exutoire de ce déversoir d’orage se situe dans la Deûle auniveau de l’écluse du Grand Carré. (cf Annexe 2)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine27

Dalot(150 * 150)PM3PVers la DeûleCollecteur de l’Ouest(300 * 250)PM3UEaux uséesDéversementsDouble dalot(250 * 70)Collecteur de l’Ouest(300 * 280)Collecteur Vauban(230 * 250)Figure 5 : Environnement du déversoir d'orage PM33. Les points de mesureCe déversoir d’orage comporte deux points de mesure qui vont permettre d’analyser sonfonctionnement. Il s’agit des points de mesure : PM3P qui mesure le débit déversé. Il se situe à une cinquantaine de mètres del’extrémité des deux dalots dans le dalot 150*150cm. Le débit est calculé parvélocimétrie c’est à dire par le couple de mesure hauteur d’eau / vitesse. PM3U qui mesure le débit conservé. Il se situe à soixante mètres du déversoir. Ledébit est également mesuré par vélocimétrie en raison d’un contrôle aval.La hauteur d’eau est mesurée par une sonde à ultrasons munie d’un transmetteur. Ellepermet la mesure de niveau continue, sans contact. La sonde est implantée au plafond, aucentre de la canalisation.La vitesse est calculée par une sonde à effet Doppler. Celle-ci se situe sur un bras flottantd’une longueur totale de douze mètres (la sonde se situe à neuf mètres) pour la canalisation dedébit conservé et est fixée au radier pour la canalisation de débit déversé. (cf Annexe 2 et 3)La hauteur d’eau mesurée est alors convertie en section mouillée, à l’aide d’une table S = f(H)qui représente le profil de la canalisation et préalablement saisie sous le logiciel Winfluid. Lahauteur d’eau étant convertie en section mouillée et la vitesse mesurée, le logiciel Winfluidpeut calculer le débit.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine28

4. Le logiciel MOUSELe logiciel MOUSE est un outil destiné à la modélisation des écoulements de surfacemais aussi et surtout des écoulements en réseau d’assainissement. Il prend en compte aussibien les écoulements en charge qu’à surface libre. Ce logiciel s’articule autour de différentsmodules d’application dont : Le module hydrologique : module d’écoulements de surface pour les bassins versantsurbains, semi urbains et ruraux. Ce modèle permet de tracer les hydrogrammes deruissellement, données d’entrée pour le calcul hydraulique. Le module hydraulique : modèle hydrodynamique d’écoulements en réseau qui résoutla totalité des équations de Barré de Saint Venant. Il permet de simuler n’importe quelsystème d’assainissement alternant les écoulements en charge et à surface libre. Ilprend en compte les effets de retour d’eau, la mise en charge des conduites, lesconditions aux limites, le stockage… Le module LTS (Long term Simulation) : modèle de simulations hydrauliques sur delongues durées couplé à des analyses statistiques. Il permet de soumettre le modèle deréseau à de longues séries de pluies historiques.L’ensemble de ces modules incorpore une interface utilisateur incluant un éditeur de sectionsde conduites et de séries temporelles, des entrées et des sorties graphiques évoluées etplusieurs utilitaires.MOUSE propose également un module de présentation des résultats appelé MIKE VIEW. Ilpermet de visualiser les résultats sur des vues en plan, sur des profils en long, sur des graphesou dans des tableaux de valeurs. Les résultats peuvent même être animés individuellement ouen même temps. On peut donc observer les hauteurs d’eau, les débits, les débordements, lesvitesses simultanément dans différentes canalisations.Le logiciel MOUSE est utilisé le plus souvent pour des simulations sur de courtespériodes (quelques heures à deux semaines). Par conséquent l’exploitation des résultats pourplusieurs mois voire une année entière est impossible. Cependant pour étudier l’hydrauliquedu réseau, seuls les événements pluvieux nous intéressent. Par conséquent le module LTSpermet donc de réduire la période de simulation sans pour autant perdre d’informationsmajeures. A partir de la saisie de critères bien définis, ce module est capable d’éliminer lespériodes de temps sec des longues séries de pluies. La simulation hydraulique est alorsrestreinte à une série d’événements discontinus.C. PRESENTATION ET CRITIQUE DES RESULTATS1. Les données pluviométriquesComme on l’a vu précédemment pour pouvoir effectuer la simulation hydraulique, il estnécessaire dans un premier temps de lancer une simulation hydrologique qui va calculer leshydrogrammes de ruissellement pour les différents bassins versants. Ces hydrogrammes sontcalculés à partir de la saisie des événements pluvieux disponibles au service métrologie.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine29

L’Unité Métrologie gère le suivi et l’exploitation de vingt pluviographes (pluviographes àpesée) répartis de façon homogène sur le territoire de la Communauté Urbaine de Lille.L’agglomération de Lille-Marquette compte six pluviographes à pesée : Marquette, Pilaterie,Lille (Bateliers), Lomme, Lezennes et Faches-Thumesnil.Les pluviographes donnent des données brutes qui, traitées, seront utilisées pour la simulation.Figure 6 : Localisation des pluviographes à peséeLa surface affectée à chaque pluviographe est attribuée selon la méthode des polygones deThyssen (modèle de répartition spatiale de la pluie). Le bassin versant est alors partagé enaires d’influences des pluviographes. A chacun des points de la surface est attribuée uneintensité égale à celle observée sur le poste de mesure le plus proche. (cf Annexe 4).Les hydrogrammes de ruissellement pour chaque bassin versant sont donc calculés à partir desdonnées pluviométriques du pluviographe le plus proche.Pour pouvoir exploiter au mieux les résultats, il faut choisir une année de pluies ayant descaractéristiques avantageuses. En effet on doit :Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine30

Observer le maximum de déversements conséquents, Avoir le moins de pertes de données possibles, pertes de données dues à des coupuresEDF, à des dysfonctionnements du matériel,…Pour étudier le déversoir d’orage « Façade de l’Esplanade », la simulation se fera sur l’année2002 et également sur deux événements pluvieux de l’année 2005 qui ont provoqué desinondations importantes dans l’agglomération.2. Comparaison des volumes déversés mesurés et calculésGrâce au module LTS du logiciel MOUSE, seuls les évènements pluvieux conséquents(susceptibles de provoquer un déversement) ont été simulés précisément par le logiciel. Apartir d’une macro réalisée sous EXCEL et des données de débits mesurés et calculés par lelogiciel, on peut alors comparer les événements qui ont été calculés sous le logiciel MOUSEet ceux qui ont été mesurés. (cf Annexe 5)Le graphe représentant le volume total calculé en fonction du volume total mesuré pourchaque événement permet de se rendre compte de la tendance du logiciel à surestimer ou àsous-estimer les déversements. Pour cela il suffit de comparer la courbe de régression linéairetracée à partir des points et la droite idéale sur laquelle le volume total mesuré est égal auvolume total calculé.Graphe du Volume calculé en fonction du Volume mesuré2000015000Volume Total calculé(m3)10000VT calculé = f(VT mesuré)Courbe idéale y = xLinéaire (VT calculé = f(VT mesuré))500000 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000Volume Total mesuré (m3)Graphe 1 : Comparaison des volumes déversés calculés et mesurésEn première lecture, le volume total calculé a tendance à être légèrement inférieur au volumetotal mesuré. Cependant on remarque que pour deux gros déversements (entourés en rouge)les volumes calculés sont supérieurs aux volumes mesurés. Il est donc judicieux de se pencherdavantage sur ces déversements.Les deux événements pluvieux concernés sont ceux du 13 juillet et du 20 août 2002.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine31

Pour ces deux événements, il faut donc entrer dans le détail et les étudier un par un en traçantles débits et les hauteurs d’eau mesurés et calculés sur des même graphes.[m]1.9Séries Temporelles Hauteur d´eau[m3/s]4.6Séries Temporelles Debits conduites1.84.41.74.21.64.01.53.81.43.61.33.41.21.13.23.02.81.02.60.92.40.82.20.72.00.61.80.51.60.40.31.41.21.00.20.80.10.60.00.4-0.10.2-0.20.005:45:0020-8-200206:00:00 06:15:00 06:30:00 06:45:00 07:00:00 07:15:00 07:30:00 07:45:00 08:00:00 08:15:00 08:30:00 08:45:0006:00:0020-8-200206:15:00 06:30:00 06:45:00 07:00:00 07:15:00 07:30:00 07:45:00 08:00:00 08:15:00 08:30:00Graphe 2 : Hauteurs d'eau et débits mesurés (bleu) et calculés (noir) pour l'événement du 20août 2002Les graphes concernant l’événement du 13 juillet 2002 sont présentés en Annexe 6.On remarque que la hauteur d’eau mesurée s’arrête à environ un mètre or c’est la hauteurmaximale pour que la sonde puisse encore mesurer une valeur. De plus, on remarqueégalement que le débit de pointe calculé est bien plus important. Par conséquent pour cesdéversements la canalisation de débit déversé est en charge et le volume mesuré est donclogiquement inférieur au volume calculé par le logiciel qui ne restreint pas la hauteur d’eaucalculée mais est également inférieur au volume réel déversé.Le graphe précédent réactualisé sans ces deux événements montre que le logiciel a tendance àsous-estimer les débits déversés au milieu naturel. De plus il est à noter que trois événementsdont deux importants n’ont pas provoqué de déversements sous le logiciel, ce qui accentuecette tendance.Graphe du Volume calculé en fonction du Volume mesuré2000015000Volume Total calculé(m3)10000VT calculé = f(VT mesuré)Courbe idéale y = xLinéaire (VT calculé = f(VT mesuré))500000 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000Volume Total mesuré (m3)Graphe 3 : Comparaison des volumes déversés calculés et mesurés après modificationEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine32

A partir des événements restants, on peut tenter désormais de caler le modèle. Pour cela ilest d’abord nécessaire de connaître l’origine de l’écart entre le volume déversé mesuré et levolume déversé calculé. Il existe deux possibilités : L’écart entre les deux volumes provient de l’apport en amont du déversoir d’oragec’est à dire que le volume arrivant au déversoir dans la modélisation est inférieur auvolume réel mesuré. L’écart est du à une erreur de modèle c’est à dire que les paramètres (sections, pertesde charge…) du modèle sont insuffisants ou incorrects pour décrire la réalité.Pour savoir si l’écart provient de l’apport amont il est indispensable de connaître l’apportamont mesuré. Cet apport amont se calcule en faisant la somme du volume déversé et duvolume conservé pendant la durée du déversement. Le volume déversé est facilementquantifiable comme on l’a vu précédemment.[m]DOPM3DOPM3BLICO4LICO5LICOsup1LICOsup2LICO6LICO7LICO8LICO9LICO10LICO11NRAC23.022.522.021.521.020.520.019.519.018.518.017.517.016.516.015.515.014.514.00.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 1100.0 1200.0[m]Figure 7 : Profil en long de la canalisation de débit conservé (logiciel MOUSE)En ce qui concerne la canalisation de débit conservé du déversoir « Façade de l’Esplanade »,celle-ci est en charge à chaque déversement.La hauteur d’eau minimale nécessaire dans la chambre pour observer un déversement doit êtrede 2.35 mètres. La hauteur d’eau dans la canalisation de débit conservé est dictée par uncontrôle aval (du à une intersection avec une autre canalisation de débit beaucoup plus élevé).Cependant la hauteur d’eau dans la chambre est identique à celle de la canalisation de débitconservé au niveau de la sonde à ultrasons. Or à partir d’une hauteur de 1.97 mètres, la sonden’est plus capable de mesurer une donnée correcte.Donc lors d’un déversement, la hauteur mesurée dans la canalisation de débit conservé n’estpas exploitable. La mesure du volume conservé n’est alors pas possible.Pour pallier à cet inconvénient, le débit conservé mesuré est estimé en partant du principeque la vitesse mesurée est correcte et que la canalisation est totalement en charge. Le débit estfinalement calculé à partir de la vitesse mesurée et de l’estimation de la surface d’écoulementen tenant compte de l’envasement.Les apports amont mesuré et calculé ont pu être ainsi comparés pendant la durée d’undéversement.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine33

[] Séries Temporelles Debits conduites4.24.03.83.63.43.23.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.0-0.2-0.417:40:0013-3-200218:00:00 18:20:00 18:40:00 19:00:00 19:20:00 19:40:00 20:00:00Graphe 4 : Comparaison des débits amont mesuré (bleu) et calculé (vert) lors du déversementdu 13 mars 2002Le débit amont calculé par le logiciel est inférieur à celui mesuré et cet écart se constate pourtous les événements. L’origine de cette différence peut être double : La répartition des débits à l’amont n’est pas correcte. Ici elle concerne la répartitionentre les collecteurs Ouest et Est. Les caractéristiques des bassins versants sont incorrectes et le calcul hydrologiquesous-évalue les volumes d’eau engendrés par l’événement pluvieux. Cependant cettehypothèse est peu probable car les volumes globaux générés calculés par le logiciel surla zone Sud entière sont proches de ceux mesurés sur le terrain.3. Critiques des résultatsLa modélisation effectuée dépend de nombreux paramètres qui ont été mesurés in situ. Il fautêtre prudent quant à la fiabilité de ces mesures. La PluviométrieA l’incertitude liée à la technique de mesure des intensités et des hauteurs de pluiepeuvent s’ajouter des biais plus ou moins importants dus aux conditions d’implantation del’appareil. Il existe en effet des précautions à prendre pour installer un pluviographe. Ainsi ildoit être entouré d’obstacles de même hauteur et se situer à quatre fois la hauteur de cesobstacles ou encore reposer sur un sol constitué d’herbes ou de plantes ayant une hauteurmaximale de trente centimètres. Cependant en ville, il est difficile de respecter toutes cescontraintes. L’installation influence donc les mesures réalisées.De plus, il faut être vigilant lors de l’utilisation de ces mesures. En effet la pluie enregistréesur les pluviographes n’est pas forcément représentative de la pluie qui est tombée sur lebassin versant. En effet, lors d’un événement pluvieux, les précipitations sont rarementidentiques en tous points du bassin versant. Or le pluviographe ne mesure la pluie qu’àl’endroit précis où il est implanté. Cette pluie est ensuite généralisée à l’ensemble de lasurface étudiée qui est de plusieurs kilomètres carrés. La valeur de la pluie affectée à uneEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine34

surface peut être alors soit surestimée soit sous-estimée selon que la cellule orageuse estpassée au-dessus ou non du pluviographe. La vitesse dans le collecteurLe calcul du débit par vélocimétrie nécessite de connaître la valeur de la vitesse moyennedans la canalisation. La mesure de vitesse et la transformation de la vitesse mesurée en vitessemoyenne peuvent être sources d’erreurs. L’exactitude de la mesure dépend fortement desconditions de l’écoulement. En effet si l’écoulement est turbulent, les vitesses instantanéessont variables. Lors des déversements les débits sont importants et provoquent des remous ettourbillons qui altèrent la précision de la mesure.Pour avoir de bons résultats, il faut que l’écoulement soit peu perturbé avec une hauteur d’eausuffisante car l’immersion partielle donne des valeurs erronées. La hauteur d’eau dans le collecteurLes mesures des hauteurs d’eau dans les collecteurs peuvent être également source d’erreurscar les sondes utilisées possèdent des conditions d’utilisation. Tout d’abord, il existe une zonesous la sonde dans laquelle les ondes ne peuvent être captées, c’est la zone de blocage. Cettezone représente donc l’écart minimal entre le capteur et la hauteur d’eau maximale. Au niveaudes sondes du déversoir d’orage « Façade de l’Esplanade » on peut considérer que lorsque lahauteur d’eau arrive à cinquante centimètres du haut de la canalisation, les mesures de hauteurd’eau ne sont plus fiables. Ainsi, par exemple, lorsque la canalisation est en charge, lesmesures de hauteur d’eau ne sont plus exploitables. Pour le déversoir d’orage de l’Esplanade,les mesures de hauteur d’eau ne sont plus exploitables : à partir de un mètre dans la canalisation de déversement, à partir de 1.97 mètres dans la canalisation de débit conservé.De plus, lors de la mesure, le débit conservé est calculé en tenant compte de l’envasement(environ trente centimètres). Or il est très difficile d’évaluer la hauteur de cet envasement.Tout d’abord la hauteur de l’envasement est très variable selon le point de mesure (unedizaine de centimètres) puis la texture de l’envasement fait qu’il est également difficile dejuger de l’interface eau / vase.Enfin pour être rigoureux dans le calcul du débit, il faut que la hauteur d’eau soit calculée auniveau de la sonde à effet Doppler. Or ici au niveau de la canalisation de débit conservé, lasonde à ultrasons se trouve à une dizaine de mètres de la sonde à effet Doppler. Parconséquent il faut rectifier la hauteur d’eau mesurée ce qui peut être encore une sourced’erreurs.4. Alternatives pour améliorer les mesuresAfin d’améliorer les mesures et notamment au niveau de la canalisation de débitconservé, on pourrait songer à modifier l’emplacement de l’appareil de mesure. En effet enplaçant la sonde dans un regard à l’aval du déversoir, la hauteur d’eau calculable serait plusgrande. Cependant ce type de sonde nécessite certaines règles d’installation. En effet l’ondequitte la sonde sous forme d’un rayon étroit qui s’élargit avec la distance. Chaque objet qui setrouve dans le rayon provoque alors un écho reçu par la sonde.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine35

Figure 8 : Principe d'une sonde à ultrasonsEtant donné l’étroitesse des regards, cette solution est difficilement envisageable. Unesolution plus appropriée serait de mettre en place un capteur piézo-résistif. Ce dispositifmesure la hauteur d’eau à partir de la pression exercée par la colonne d’eau sur une membrane(la valeur de la pression atmosphérique devant être connue). Ce dispositif est intéressantpuisqu’il permet de connaître les périodes de mise en charge mais aussi et surtout la charge.De plus il n’existe pas à l’inverse des sondes à ultrasons de zone morte au voisinage ducapteur.Cependant ce modèle possède également des inconvénients. Ce type de capteur peut connaîtredes problèmes de justesse et il faut donc réaliser des étalonnages plus fréquemment. De plus ilnécessite une maintenance plus soutenue car il est directement en contact avec l’effluent.D. CONCLUSIONLe déversoir d’orage de l’Esplanade est un déversoir particulier par sa structure. Cetteparticularité rend l’étude du fonctionnement hydraulique plus difficile. En effet l’étude de lacanalisation de débit conservé est entravée par sa mise en charge lors de chaque déversement.D’un point de vue hydraulique, les volumes déversés calculés par le logiciel sont inférieurs àceux mesurés in situ. Cette différence provient en grande partie du débit amont calculé qui estsous-estimé. L’origine de cette sous-estimation est la mauvaise répartition des débits àl’amont du déversoir d’orage entre les collecteurs Est et Ouest.Cette étude met également en évidence l’insuffisance des capteurs qui ne permettent pas, dansle cas de la canalisation de débit conservé, de comparer les volumes simulés et mesurés entreeux. Le choix des capteurs se révèle donc être d’une grande importance et mériterait d’êtrerévisé pour améliorer le modèle.Finalement il apparaît clairement que la modélisation hydraulique et la mesure sur le terrainsont indissociables. Ainsi la mesure est au service de la modélisation, en permettant de caleret de valider le modèle mais la simulation hydraulique est aussi au service de la mesure, enmettant en évidence les dysfonctionnements et les insuffisances des systèmes de mesure.L’utilisation de la modélisation pour estimer les débits déversés doit donc impérativementpasser par une étape de critique des résultats obtenus pour être exploitable.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine36

III. RELATION ENTRE EVENEMENT PLUVIEUX ETPOLLUTION DEVERSEEA. RAPPEL DES OBJECTIFSVu l’arrêté du 22 décembre 1994 et le déversoir d’orage des Bateliers étant situé sur untronçon destiné à collecter une charge brute de pollution organique par temps sec de 15 000kilogrammes par jour (supérieure à 600 kilogrammes par jour), la mesure en continu du débitdoit être assurée et la charge polluante déversée par temps de pluie estimée.Actuellement la pollution déversée est estimée à partir du volume déversé et de laconcentration de l’effluent à l’entrée de la station d’épuration de Marquette. Cependantl’effluent en entrée de station de traitement n’est pas forcément identique à celui déversé, enparticulier si le déversement se fait loin de la station.Le but de cette étude est donc d’analyser les résultats de la campagne de mesures de lapollution des effluents déversés au milieu naturel par temps de pluie effectuée sur le déversoird’orage des Bateliers, déversoir principal de l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette afin de tenter de dresser une typologie de pluies caractéristiques permettantd’associer à chaque pluie réelle, la charge de pollution déversée au milieu récepteur. Ainsi, sil’étude est concluante, il sera possible à partir des paramètres de l’événement pluvieuxd’estimer la pollution déversée au milieu naturel et même d’appliquer la méthode sur d’autresdéversoirs d’orage.B. LA CAMPAGNE DE PRELEVEMENTS1. Présentation du site expérimental et de la campagne de prélèvements Le site expérimentalLe déversoir d’orage des Bateliers est un déversoir à seuil épais d’une hauteur de 2.40 mètreset d’une longueur d’environ vingt mètres. Au niveau de ce déversoir transitent toutes les eauxde la rive droite de la Deûle sur le bassin versant de Marquette c’est à dire des communes deLille, Haubourdin, Mons, Ronchin, Lezennes…. De ce fait, il constitue le déversoir d’orage leplus important du territoire communautaire en terme de débit et de pollution transités.En période de déversement le débit déversé est mesuré de la même manière que pour ledéversoir « Façade de l’Esplanade » c’est à dire par vélocimétrie, la hauteur d’eau étantmesurée par un capteur à ultrasons et la vitesse par l’intermédiaire d’un capteur à effetDoppler.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine37

Figure 9 : Structure du déversoir d'orage des BateliersIl est évident que pour des questions de temps mais surtout de coûts, chaque déversoird’orage de l’agglomération d’assainissement ne peut pas être équipé de façon permanente oumême temporaire de préleveurs échantillonneurs. Il a donc fallu pour cette campagne deprélèvements choisir le déversoir d’orage le mieux adapté.Ainsi le déversoir d’orage des Bateliers présente des déversements assez fréquents permettantla récolte de données conséquentes. De plus ce déversoir d’orage est facile d’accès, ce quipermet de mettre en place et de contrôler correctement le dispositif mais surtout de pouvoirretirer aisément les flacons à analyser. Enfin la mesure du débit déversé se fait en pleine lignedroite et loin de l’exutoire (environ 300 mètres). A cet endroit aucun envasement ni aucunreflux de la Deûle ne sont constatés. L’écoulement tend donc vers l’uniformité ce qui permetune bonne mesure de débit. Description de la campagne de prélèvementsCette campagne de prélèvements a été effectuée en deux phases, du mois de septembre aumois de novembre 2003 et du mois d’avril au mois de septembre 2005. Les échantillons sontprélevés grâce à un préleveur échantillonneur. Le déclenchement et l’arrêt des prélèvementsse fait automatiquement à partir de la mesure de la hauteur d’eau dans le canal dedéversement. Les prélèvements se font à pas de temps fixe (toutes les trente minutes).Les prélèvements ont été effectués dans le canal de déversement (dalot 400*280mm)entre le seuil de déversement et le point de mesure du débit déversé qui se situe lui à centtrente mètres en aval du déversoir.Lors du déversement un échantillon est prélevé toutes les dix minutes. Au bout d’une demiheureles trois échantillons forment un flacon qui peut alors être analysé.Cependant pour des raisons de gain de temps et étant donné le nombre de flacons qu’il yaurait à analyser pour un déversement, le laborantin n’effectue pas une analyse par flaconmais réalise une seule et même analyse pour plusieurs flacons en les mélangeant.L’analyse est effectuée sur l’effluent brut puis sur l’effluent après une, deux et trois heures dedécantation.Au final on obtient alors le volume total rejeté, la concentration moyenne et la masse pour lesdifférents paramètres cités sur une durée choisie par le laborantin.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine38

Cinq principaux paramètres ont été mesurés lors de cette campagne : les Matières enSuspension (MES), la Demande Chimique en Oxygène (DCO), la Demande Biologique enOxygène à cinq jours (DBO5), l’azote NTK et enfin le Phosphore Total (Ptot).Un exemple de résultats de prélèvements est placé en Annexe 7.2. Caractéristiques des événements pluvieux considérésComme on l’a dit précédemment, l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquettecompte six pluviographes (cf Figure 6) qui ne mesurent la pluie qu’à l’endroit où ils sontimplantés. Or pour étudier la pollution il faut tenir compte de la pluie qui est tombée sur lebassin versant entier. A l’aide d’une macro déjà réalisée sous Excel, une synthèse des sixpluies a été effectuée et une pluie représentative des six pluviographes a été créée pour chaqueévénement pluvieux ayant engendré une mesure de pollution (la pluie de chaque pluviographeest incrémentée d’un coefficient dépendant de la surface active de chaque sous bassin surlequel le pluviographe est affecté).Une pluie est définie comme une période pluvieuse continue ; deux périodes pluvieusescontiguës constituent deux évènements indépendants chaque fois qu’elles sont séparées parune heure de temps sec (temps de concentration du bassin versant), sous réserve qu’au coursdes deux heures précédant le début de la pluie, la hauteur pluviométrique observée soitinférieure à 0,7 millimètres.Durant ces neuf mois, vingt huit prélèvements ont été réalisés. Cependant tous lesprélèvements ne sont pas exploitables. En effet pour pouvoir être analysé, le prélèvement doitdébuter au début du déversement. De plus il faut également que les mesures de concentrationaient été faites or ce n’est pas toujours le cas.Ainsi sur les vingt huit prélèvements, seuls vingt quatre sont exploitables pour les MES, vingtet un pour la DCO, dix neuf pour la DBO5 et le Ptot et seize pour le NTK.Les événements pluvieux étudiés présentent des caractéristiques pluviométriques et desdurées de temps sec variées, avec cependant une majorité d’événements faibles.Hauteurd’eau (mm)I moyenne(mm/h)I max6(mm/h)Durée(h)Temps sec(j)Minimum 1.77 0.51 1.85 0.58 0.09Maximum 16.79 4.73 30.06 10.82 9.58Médiane 5.16 0.93 5 4.8 2.68Tableau 4 : Caractéristiques des pluies échantillonnées utilisablesLa campagne comporte un événement de période de retour inférieur à un mois, quatreévénements de période de retour un mois, six prélèvements de période de retour deux mois,un événement de période de retour trois mois, cinq mois, six mois et sept mois, septévénements de période de retour quatre mois et deux événements de période de retour un an.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine39

3. Paramètres pris en compte dans l’étudeLes paramètres susceptibles d’influencer la pollution rejetée au milieu naturel ont étédéterminés à partir d’une recherche bibliographique. Les paramètres explicatifs qui ont étépris en compte sont :Des paramètres situant l’événement pluvieux dans son contexte : HD : La durée de la pluie DTS : La durée de temps sec précédent l’événement pluvieux S : La saison J : Le jour H : L’heure de l’événement pluvieuxDes paramètres décrivant le hyétogramme de pluie : Imoy : L’intensité moyenne de l’événement pluvieux Imax : L’intensité maximale de l’événement pluvieux calculée au pas detemps de 6, 15, 30, 60, 120 et 240 minutes Htot : La hauteur totale d’eau précipitéeCes paramètres explicatifs peuvent être des variables quantitatives ou qualitatives. Pourpouvoir effectuer une typologie de pluies permettant d’estimer la charge de pollution, lesvariables doivent être des variables quantitatives. La saison et le jour de la précipitation sontdifficilement quantifiables. Par contre il est possible de quantifier la variable « heure de laprécipitation » en estimant par exemple la concentration de l’effluent de temps sec dans leréseau au moment de la pluie. Ces concentrations de temps sec en MES, DBO5, DCO et Ptotont été calculées à partir des résultats d’une campagne de prélèvements effectuée surl’agglomération lilloise en 1999. Il est ainsi possible d’associer à une heure de la journée etdonc à une période de pluie une concentration moyenne de l’effluent de temps sec.Toutes les caractéristiques des événements pluvieux sont données en Annexe 8.4. Estimation actuelle de la pollution déverséeActuellement la pollution déversée en temps de pluie est estimée à partir du volumedéversé et de la concentration de l’effluent en entrée de station de traitement le jour del’événement. Les masses de pollution déversées mesurées lors de la campagne ont étécomparées à celles calculées par le service métrologie dans le cadre de l’auto-surveillanceréglementaire.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine40

masse en MES calculée (kg)10000090000800007000060000500004000030000200001000000 20000 40000 60000 80000 100000masse en MES mesurée (kg)masse calculée = f(massemesurée)droite y=xGraphe 5 : Comparaison des masses déversées en MES mesurées et estimées par le servicemétrologieLes masses déversées estimées tendent à être inférieures à celles mesurées lors de lacampagne pour le paramètre MES mais également pour les paramètres DCO et DBO5. (cfAnnexe 9)L’origine de cette différence peut être diverse : Un phénomène de décantation se produit dans le réseau, ce qui diminue la pollutionapportée à la station de traitement mais cela est peu probable en temps de pluie, Le phénomène de dilution réduit la concentration de l’effluent. Les autres zonescollectées et concernées par la station d’épuration de Marquette sont en effet de taillesplus petites et la pollution recueillie est moins importante.L’écart entre la masse déversée mesurée et estimée justifie l’intérêt de tenter de trouver unlien entre la pollution et les paramètres des événements pluvieux afin d’améliorer l’estimationde la pollution déversée réalisée pour répondre aux exigences réglementaires.C. ETUDE D’UN LIEN POSSIBLE ENTRE POLLUTION DEVERSEE ETEVENEMENT PLUVIEUX.1. Premières tendancesL’objectif étant de trouver une relation entre les différents paramètres de la pluie et lapollution déversée, il est intéressant dans un premier temps de savoir s’il existe unecorrélation entre la variation des paramètres de la pluie et celle de la concentration moyennede l’effluent déversé.Cette analyse de corrélation a été réalisée pour les MES, la DCO, la DBO5 et le Ptot. Letableau ci-dessous présente les résultats obtenus.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine41

HD(h)HTot(mm)I moy(mm/h)I 6mn(mm/h)I 15mn(mm/h)I 30mn(mm/h)I 60mn(mm/h)I 120mn(mm/h)I 240mn(mm/h)DTS(j)[ ] effluentréseau (mg/l)MES (mg/l) -0.22 -0.06 0.28 0.18 0.13 0.14 0.20 0.20 0.14 0.16 -0.14DCO (mg/l) -0.28 -0.38 0.12 -0.18 -0.24 -0.25 -0.23 -0.22 -0.29 0.39 0.08DBO5 (mg/l) -0.43 -0.5 0.14 -0.32 -0.37 -0.38 -0.36 -0.36 -0.45 0.41 0.042P total (mg/l) -0.17 -0.5 -0.03 -0.3 -0.35 -0.37 -0.38 -0.39 -0.48 0.14 0.28Tableau 5 : Coefficients de corrélation simple entre la concentration moyenne de l'effluent et lescaractéristiques de l'événement pluvieuxQuelque soit le paramètre de la pollution, il n’existe pas de corrélation directe entre laconcentration de l’effluent déversé et l’un des différents paramètres de la pluie (aucuncoefficient n’est proche de 1 ou de -1). Il n’est donc pas possible de trouver une régressionlinéaire simple entre la concentration moyenne et un paramètre de l’événement pluvieux.2. Infructuosité du modèle de RochesterCette première approche consiste à utiliser une relation déjà établie. Il existe des modèlesqui permettent d’estimer la concentration du polluant en fonction de différents paramètres dela pluie. C’est le cas du modèle de Rochester. Il part du principe que l’on peut estimer laconcentration du polluant en fonction de la durée de la pluie, de la durée de temps sec et del’intensité moyenne.C MES = a × DTS b × HD c × Imoy davec :C MES : la concentration moyenne en MES en mg/la, b, c, d : des paramètres à déterminerEquations de Rochester R 2MES 596 x DTS 0.08 x HD -0.17 x Imoy 0.14 0.15DCO 1053 x DTS 0.22 x HD -0.38 x Imoy -0.15 0.47DBO5 411 x DTS 0.23 x HD -0.55 x Imoy -0.24 0.57Ptotal 9.2 x DTS 0.21 x HD -0.41 x Imoy -0.33 0.48Tableau 6 : Equations de Rochester pour les différents paramètres de pollutionLes différents coefficients sont trouvés en linéarisant la formule puis en effectuant unerégression linéaire dont le coefficient de régression R² est donné dans le tableau.Les équations obtenues ne sont pas assez fiables pour être retenues. Par conséquent une autreapproche a été envisagée et consiste à répartir les pluies en classes.3. Méthode par formation de classes de pluiesCette seconde approche consiste à déterminer des classes de pluies pour tenter de trouverune relation spécifique à chaque classe.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine42

Deux méthodes ont été tentées, une première en formant des classes en fonction de la hauteurde pluie tombée et de la durée de la pluie, une deuxième en constituant des classes en fonctiondes formes des hydrogrammes de déversement.Cependant le nombre d’événements pluvieux à disposition est très restreint. Par conséquentdans les deux cas, les classes de pluies comportent peu d’événements, il est donc difficile pourchaque classe de trouver une relation entre la concentration du polluant et les paramètres de lapluie. Une relation tirée à partir de quelques pluies n’est, bien sûr, pas significative.En fonction de la hauteur d’eau précipitée et de la durée de la pluieLes différentes classes de pluie18.0016.00hauteur precipitee (mm)14.0012.0010.008.006.004.001 24532.000.000.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00durée (h)Graphe 6 : Graphe décrivant la hauteur d’eau tombée en fonction de la durée de la pluieA partir du graphe, cinq classes ont été formées : une classe d’un événement (vert), une classede six événements (rouge), deux classes de trois événements (bleu et jaune) et une classe deonze événements (noir). (cf Annexe 10)En fonction des hydrogrammes de déversementTrois classes ont été déterminées en prenant en compte la forme des hydrogrammes et le picde débit. La première classe présente des débits de pointe élevés et une hausse brutale du débit.Elle comporte quatre événements. La seconde classe présente des débits de pointe élevés mais l’augmentation du débit sefait en deux temps. Elle comporte trois événements. Enfin la troisième classe présente des débits de pointe faibles et comporte dix septpluies.Les différents classes et les formes des hydrogrammes sont présentées en Annexes 10 et 11.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine43

4. Critiques des donnéesA partir de ces classes, le but est de tenter de relier la concentration moyenne en polluantet les paramètres de l’événements pluvieux. Le nombre de pluies par classes est faible. Parconséquent il est difficile de savoir si un déversement présentant des résultats singuliers est àprendre en compte ou si c’est un cas isolé dû à une erreur. Ainsi dans la campagne, certainsprélèvements portent à réflexion. Un exemple de ce problème est l’événement pluvieux du 22septembre 2003.HD HTot I moy I 6mn I 15mn I 30mn I 60mn I 120mn DTS [ ] moy [ ] maxEvénement(h) (mm) (mm/h) (mm/h) (mm/h) (mm/h) (mm/h) (mm/h) (j) (mg/l) (mg/l)22/09/03 5.97 5.43 0.91 11.81 7.75 5.53 3.35 1.91 0.43 1367 3245Tableau 7 : Caractéristiques de l'événement pluvieux du 22 septembre 2003Cet événement appartient à la deuxième classe pour le graphe hauteur / débit et à la troisièmeclasse pour les hydrogrammes. Le graphe représentant la concentration maximale en MES del’effluent déversé en fonction de la durée de temps sec a été tracé pour la deuxième classecitée précédemment.Concentration maximale (mg/l)1600140012001000800600400200Graphe de la concentration maximale en MES en fonction de ladurée de temps secR 2 = 0.859600.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00Durée de temps sec (j)Concentration maximale (mg/l)350030002500200015001000500Graphe de la concentration maximale en MES en fonction de ladurée de temps sec00.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00Durée de temps sec (j)Graphe 7 : Concentration maximale en MES en fonction de la durée de temps secCet événement modifie totalement les conclusions selon qu’on le prend en compte ou non.Mis à l’écart la concentration maximale semble varier linéairement avec la durée de temps secpour cette classe. Avec cet événement cette linéarité est totalement remise en question.De plus certains événements connaissent des conditions particulières. Ainsi la pluie du 6juillet 2005 suit celle du 4 juillet qui a été un orage très violent inondant de nombreuxquartiers de la ville. On peut donc penser que suite à cet orage le réseau d’assainissement a éténettoyé par la pluie. La question est alors de savoir s’il faut ou non prendre en compte cetévénement.La difficulté de l’étude provient donc du nombre restreint de données qui ne permet pasd’écarter des valeurs qui pourraient être erronées.Les sources d’erreurs dans ce type de manipulation sont variées. En effet aux incertitudesliées aux données pluviométriques et aux mesures de débits à l’exutoire s’ajoutent lesincertitudes liées à la mesure de la concentration et plus précisément au prélèvement et àl’analyse des échantillons. Les résultats obtenus sont satisfaisants si la chaîne de mesure estEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine44

cohérente du prélèvement jusqu’au laboratoire. Pour que ce soit le cas, il y a de nombreusesrecommandations à respecter notamment sur le positionnement du tuyau de pompage ou sur letemps de conservation des échantillons.Pour mener à bien cette étude, toutes les conditions ne sont pas réunies et diversesmodifications pour une prochaine campagne peuvent être émises : Tout d’abord, le nombre d’événements pluvieux est beaucoup trop insuffisant. Lacampagne doit être menée sur plusieurs années afin de pouvoir observer des évolutionscaractéristiques. Tous les déversements doivent être relevés et analysés. Durant cette campagne,certains événements n’ont pas été prélevés car ils se sont déroulés le week end or lapollution déversée durant un événement dépend également des événements pluvieuxprécédents. De plus certains prélèvements n’ont pas été analysés par les laborantins.D. CONCLUSIONCette étude a permis de mettre en évidence la complexité du phénomène liantl’événement pluvieux et la pollution déversée au milieu naturel. Il a été impossible d’établirune relation claire et précise entre les deux. En effet la pollution déversée peut avoir diversesorigines. Elle peut ainsi provenir des eaux usées, des eaux de ruissellement mais égalementdes échanges entre les stocks présents dans le réseau, ces derniers méritant à eux seuls uneétude. Par conséquent aux nombreux paramètres décrivant la pluie s’ajoutent les paramètresde la pollution. Le nombre de paramètres entrant en jeu est donc considérable, chacun d’entreeux pouvant modifier la concentration en polluants. Se pose également la question de ladéfinition même de ces paramètres comme la durée de temps sec ou encore l’événementpluvieux. Même s’il semble que certains paramètres ont une contribution plus importantecomme la durée de temps sec, le nombre réduit de données disponibles ne permet pas de tirerde conclusions directement exploitables.Pour mener à terme l’étude il est donc indispensable de disposer de tous les événementspluvieux et de tous les paramètres pour chaque événement. Dès lors, il s’agirait davantage demener une étude statistique sur plusieurs années qu’une étude sur quelques cas. La complexitédu phénomène soulève aussi la question de la mise en œuvre éventuelle d’un modèlehydraulique / pollution qui permettrait de modéliser les phénomènes complexes se déroulantdans le réseau et sur le bassin versant et ainsi de détailler chaque processus pouvant jouer unrôle dans la mobilisation et le transport de la pollution.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine45

IV. EVALUATION SIMPLIFIEE DES EFFETS DESDEVERSEMENTS SUR LE MILIEU NATURELA. RAPPEL DES OBJECTIFSL’objectif principal de cette étude est d’évaluer l’incidence d’un rejet de déversoird’orage sur la Deûle et de mettre en évidence la sensibilité de ce milieu compte tenu de sescaractéristiques. Comme on l’a dit précédemment, le cours d’eau est un milieu complexe. Ornotre but est d’avoir une idée de l’impact qu’un rejet peut engendrer sur le cours d’eau. Parconséquent il est nécessaire d’effectuer un grand nombre de simplifications tant au niveau dela caractérisation du milieu que du rejet. Il est important ici de bien préciser qu’il s’agit làd’une approche simplifiée permettant d’apprécier la gravité d’un déversement sur la rivière.On va ainsi réaliser une modélisation macroscopique du cours d’eau. La concentration dupolluant dans le cours d’eau sera estimée à partir du bilan des concentrations à l’amont et desflux et débits rejetés dans l’hypothèse d’un régime uniforme avec mélange parfait. Il s’agit demesurer l’impact d’un rejet sur le milieu aquatique en mesurant la différence entre l’état dumilieu perturbé par le rejet et l’état hypothétique du milieu en l’absence de rejet.B. IMPACTS SUR LE COURS D’EAU, LA DEULE1. Description du cours d’eau et des points de mesureLe milieu récepteur de l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette estprincipalement constitué du canal de la Deûle et de la Marque canalisée. La Marque canaliséeconflue avec la Deûle à Marquette. Néanmoins de nombreuses autres Becques (Becque desWaziers, Becque de Marcq, Becque du Corbeau, …) drainent la zone d’étude avant derejoindre la Deûle ou la Marque mais elles sont de moindre importance en terme de débit et degabarit.Pour caractériser la qualité des cours d’eau, il existe un réseau de mesures, constitué de deuxtypes de points : le Réseau National de Bassin (R.N.B.) (cf Glossaire), financé par le Ministère del’Environnement et l’Agence de l’Eau. La fréquence annuelle des prélèvements est dedouze. le Réseau Complémentaire, financé par les départements et l’Agence de l’Eau. Lafréquence annuelle des prélèvements est de six.Deux points de mesure de qualité nous intéressent dans le cadre de notre étude : Le point de mesure de Haubourdin du réseau RNB à l’amont de l’agglomérationlilloise. Le point de mesure de Wambrechies du réseau complémentaire à l’aval del’agglomération lilloise. (cf Annexe 12)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine46

On précise ci-après pour chaque point la nature du point de mesure.Cours d’eau Réseau Commune Qualité 2005Objectif qualitéSDAGE 2015La Deûle RNB Haubourdin 3 2La Deûle Complémentaire Wambrechies 4 2Tableau 8 : Points de mesure de la qualité de la DeûlePour le site de Haubourdin, les paramètres déclassant sont : NH 4 + , NO 2 - , NTK, PO 4 3- et Ptot.Pour le site de Wambrechies, les paramètres déclassant sont : DBO 5 , DCO, O 2 , SAT, NH 4 + ,NO 2 - , NTK, PO 4 3- , Ptotal.Pour chaque paramètre, c’est le percentile 90 (valeur non dépassée par 90 % des résultats aucours de l’année) qui sert de référence. La qualité générale du cours d’eau est celle duparamètre le plus défavorable. Néanmoins, on définit des paramètres « secondaires » pourlesquels deux d’entre eux sont nécessaires pour déclasser les cours d’eau.Les paramètres importants sont au nombre de cinq : O 2 dissous (mg/l), NO 3 - , NH 4 + ,conductivité et le pH.Les paramètres secondaires sont au nombre de huit dont les MES, la DBO 5 , la DCO, le Ptot,etc…On remarque donc que le paramètre important NH 4 + figure dans chaque cas comme paramètredéclassant. Les paramètres secondaires NTK et PO 4 3- sont également présents à chaque fois etcontribuent donc à eux deux à déclasser le milieu.En ce qui concerne les données de débits, celles-ci sont pauvres. Il n’existe pas de stations demesures hydrométriques au niveau des deux sites précédents.Néanmoins, l'Agence de l'Eau a réalisé différentes approches pour estimer des valeurs dedébits caractéristiques présentées ci-après :Cours d’eau Réseau CommuneDébit moyeninter-annuelDébit d’étiageLa Deûle RNB Haubourdin 6 à 7 m 3 /s 1 à 2 m 3 /sLa Deûle Complémentaire Wambrechies 10 à 12 m 3 /s 2 à 3 m 3 /sTableau 9 : Points de mesure des débits de la DeûleL’étude porte sur un tronçon compris entre deux écluses, l’écluse du Grand Carré àl’amont où s’effectue le rejet du déversoir d’orage des Bateliers et l’écluse de Quesnoy surDeûle à l’aval. Ce tronçon est long d’environ neuf kilomètres. Sa largueur au miroir peutvarier de trente huit à soixante trois mètres. Le volume d’eau contenu dans ce tronçon estestimé à environ 1 150 000 mètres cubes. (cf Annexe 13)2. Importance des rejetsPour avoir une idée de l’importance de l’impact des déversements, on peut comparer lesmasses de polluants déversées avec les valeurs officielles relatives aux effluents domestiquesd’un équivalent-habitant.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine47

MES DCO DBO5 NTK Ptotal1 éq-hab (g/j) 90 115 54 15 4Tableau 10 : Valeurs caractéristiques d'un équivalent-habitant [SATIN, 1999]11/09/05 02/05/05 24/08/05 29/06/05 29/05/05Durée pluie(h) 3.27 1.98 10.82 2.24 6.40Hauteur tombée (mm) 3.15 4.52 16.79 10.60 10.24MES (éq-hab) 81 922 329 633 455 711 724 589 976 333DCO (éq-hab) 93 800 340 209 486 452 595 322 648 061DBO5 (éq-hab) 77 963 173 778 337 870 342 444 450 056Tableau 11 : Importance en équivalents-habitants de la pollution rejetée lors de différentespluies au déversoir d'orage des BateliersAinsi le 29 mai 2005, lors d’une pluie de fréquence cinq mois, une pollution en MEScorrespondant à 976 333 équivalents-habitants a été déversée en milieu naturel en douzeheures.Ces exemples montrent de façon simple l’importance des rejets urbains de temps de pluie. Onse rend compte ainsi que tous les efforts consentis pour collecter et épurer les eaux usées detemps sec peuvent être anéantis en quelques heures par un événement pluvieux.3. Discrétisation du cours d’eauL’approche étant simplifiée, de nombreuses hypothèses simplificatrices ont étéeffectuées. Les principales hypothèses simplificatrices sont donc les suivantes : On ne tiendra pas compte des rejets s’effectuant à l’amont de la zone d’étude (onconsidérera donc que le déversoir d’orage est le seul sur le tronçon). La qualité ducours d’eau est donc celle à l’amont de l’agglomération. On admettra que le mélange entre le rejet et la rivière est quasi-parfait presqueinstantané. On ne tiendra pas compte de la décantation des matières en suspension dans la rivière.Le phénomène est en plus mal connu du fait du passage de nombreuses péniches quipeuvent jouer un rôle dans la décantation. On ne prendra pas en compte la capacité auto-épuratoire du cours d’eau. La dilution est le principal phénomène pris en compte.Afin de connaître les conséquences des rejets il faut avant tout chercher le paramètre quipermettra de juger de celles-ci. La Deûle est classée en qualité 3 selon la grille d’analyse de1971, en qualité 1 pour le seul paramètre MES et en qualité 2 pour les paramètres DCO etDBO5 à l’amont de l’agglomération lilloise. Pendant et après un déversement important, larivière est déclassée et peut perdre une voire deux classes. (cf Annexe 14)D’après la grille d’analyse de 1971 (cf Annexe 15), il est vrai que le paramètre MES ne suffitpas à lui seul à déclasser le cours d’eau. Cependant la pollution véhiculée étant étroitementliée à la concentration en MES et les données disponibles les plus complètes étant cellesconcernant cette dernière, on prendra principalement en compte pour apprécier l’importanceEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine48

du rejet la durée de déclassement du cours d’eau pour le paramètre MES. (il est à noter qu’iln’existe que deux classes, 1 et 3, pour le paramètre MES)Néanmoins l’étude a été menée également sur les paramètres DCO et DBO5 en considérantque l’évolution de la concentration de ces paramètres dans l’effluent déversé étaitsensiblement la même que celle du paramètre MES.Pour estimer ce temps de déclassement, le cours d’eau a été discrétisé en dix tronçonscontenant un même volume d’eau.Ecluse de Quesnoy sur Deûle10987654321Déversement parpas de tempsEcluse du Grand CarréDébit de la rivière en amontConcentration en MESFigure 10 : Schéma explicatif de la discrétisation du cours d'eauLe pas de temps choisi pour découper le déversement est le même que celui des prélèvementseffectués lors de la campagne de mesures de la pollution soit trente minutes.Par conséquent toutes les trente minutes ont été déterminées dans chaque compartiment : la concentration en MES en considérant que le volume d’eau reste identique (il n’y adonc pas de variation de hauteur d’eau dans les compartiments), la concentration maximale en MES, la durée de déclassement de la rivière pour le paramètre MES.Ces calculs ont été menés pour cinq déversements qui décrivent les différents types de rejetsobservés.EvénementpluvieuxVolume totaldéversé (m 3 )Masse totale enMES (Kg)Masse totale enDCO (Kg)Masse totale enDBO5 (Kg)Durée dedéversement (h)15/06/2005 4 434 1 276 2 557 954 6.511/09/2005 20 946 7 373 10 787 4 210 6.504/04/2005 49 920 30 717 46 910 12 266 11.529/05/2005 79 791 87 870 74 527 24 303 11.524/08/2005 150 786 41 014 55 942 18 245 12Tableau 12 : Récapitulatif des déversements pris en compteEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine49

Les résultats sont présentés pour les compartiments se situant au début (1), au milieu (5) et àla fin du tronçon (10) (cf Figure 10) et également pour différents débits du cours d’eau. Lesdébits qui ont été choisis sont : le module (cf Glossaire) : 6 m 3 /s le débit mensuel minimal annuel de période de retour cinq ans (QMNA5) (cfGlossaire) : 2 m 3 /s un débit intermédiaire : 4 m 3 /s le débit d’étiage du Rhin : 520 m 3 /s afin de montrer la sensibilité du milieu.Il est à noter qu’il aurait été intéressant d’effectuer le calcul pour un débit permettant dedécrire une situation d’étiage estival non exceptionnel du milieu récepteur comme parexemple le débit mensuel minimal annuel de période de retour deux ans (QMNA2). (cfGlossaire)4. Effets détaillés des déversementsLes résultats peuvent être analysés par événement en suivant l’évolution de laconcentration en MES de la Deûle en fonction du temps et selon les tronçons. (cf Annexe 16)Pour pouvoir tirer des conclusions les résultats sont présentés sous forme de graphes quimettent en relation les différents calculs précisés précédemment.Ils permettent d’évaluer le temps de déclassement pour les cinq déversements choisis enfonction du débit de la rivière. Ils ont été tracés pour les trois tronçons cités auparavant.durée de déclassement selon les débits de la Deûle pour letronçon 1durée de déclassement (h)4542403532.53025212016.512.515149.5106116505400 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000volume total déversé (m 3 )6 m3/s4 m3/s2 m3/sGraphe 8 : Durée de déclassement du tronçon 1 (MES)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine50

durée de déclassement selon les débits de la Deûle pour letronçon 5120109.5durée de déclassement (h)1008071.5605435.54035.52012.523.50 075.500 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000volume total déversé (m 3 )6 m3/s4 m3/s2 m3/sGraphe 9 : Durée de déclassement du tronçon 5 (MES)durée de déclassement selon les débits de la Deûle pour letronçon 10durée de déclassement (h)1601391401201008066.5696033.54020450 022.5000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000volume total déversé (m 3 )6 m3/s4 m3/s2 m3/sGraphe 10 : Durée de déclassement du tronçon 10 (MES)Les résultats pour le paramètre DBO5 sont placés en Annexe 17 et en Annexe 18 pour leparamètre DCO.Les conséquences d’un déversement sont donc observables une dizaine de kilomètres à l’avaldu déversoir d’orage et pendant plusieurs jours. Le temps de déclassement varie de zéro à sixjours soit jusqu’à une semaine après l’événement pluvieux.Il est impossible de tirer une conclusion précise à partir des résultats observés. Cependant onpeut noter certains points : Pour un même tronçon le temps de déclassement dépend à la fois du volume déverséet de la masse de pollution déversée. Le temps de déclassement le plus long estobservé pour la masse de pollution la plus importante. Cependant l’impact del’événement pluvieux du 4 avril (49 920 mètres cubes) est plus important que celui duEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine51

24 août (150 786 mètres cubes) alors que la masse de pollution déversée est plusfaible. Le temps de déclassement augmente quand le débit de la Deûle diminue, lephénomène de dilution étant réduit. Pour un même déversement les temps de déclassement sont les plus longs pour lestronçons 5 et 10 (pour les gros déversements) mais il est difficile de les différencier.A partir de ces graphes, on peut distinguer de grandes tendances mais il est difficile dejuger, à partir du volume et de la masse de pollution déversés uniquement, l’impact sur lemilieu naturel. En effet l’impact dépend de l’évolution temporelle du déversement c’est à diredu flux de pollution déversé. Ainsi lors du déversement, il existe des pics de pollution dansl’effluent plus ou moins rapprochés dans le temps qui influencent fortement le temps dedéclassement de la rivière.En ce qui concerne les paramètres DCO et DBO5, les graphes ont été placés en annexes. Pources deux paramètres il existe quatre classes. Par conséquent le déclassement peut être d’uneou deux classes. Les ordres de grandeur des temps de déclassement d’au moins une classesont les mêmes que pour les MES.5. Sensibilité de la Deûle face aux déversementsLa Deûle, par son faible module et son faible débit d’étiage, est très sensible aux rejetsurbains de temps de pluie. Pour mettre en évidence cette sensibilité, les calculs précédents ontété réitérés en prenant un débit du cours d’eau égal au débit d’étiage du Rhin (on ne prend encompte qu’un seul tronçon) pour les six plus gros déversements de l’année 2005.EvénementpluvieuxVolume totaldéversé (m 3 )Masse totale enMES (Kg)Masse totale enDCO (Kg)Masse totale enDBO5 (Kg)Durée dedéversement (h)29/05/2005 79 791 87 870 74 527 24 303 11.5avec bassin 9 791 959 773 252 6.529/06/2005 87 414 65 213 68 462 18 492 12avec bassin 17 414 3 070 3 121 843 8.506/07/2005 108 669 31 179 26 897 5 865 12avec bassin 38 669 6 343 5 472 1 193 9.527/07/2005 115 278 51 945 64 421 16 792 10avec bassin 45 278 7 431 10 993 2 860 624/08/2005 150 786 41 014 55 942 18 245 12avec bassin 80 786 3 985 5 435 1 772 729/09/2005 96 422 75 013 68 880 24 681 7avec bassin 26 422 6 506 5 975 2 140 4.5Tableau 13 : Récapitulatif des six plus gros événements considérésEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine52

EvénementpluvieuxCaractéristiques du déversementVolume totaldéversé (m 3 )Masse totale enMES (Kg)Durée dedéversement(h)Evolution du cours d’eauConcentrationmaximale enMES (mg/l)Durée dedéclassement(h)29/05/2005 79 791 87 870 11.5 70.1 0.529/06/2005 87 414 65 213 12 73.3 0.506/07/2005 108 669 31 179 12 59.7 027/07/2005 115 278 51 945 10 60.7 024/08/2005 150 786 41 014 12 51.2 029/09/2005 96 422 75 013 7 81.5 0.5Tableau 14 : Conséquences des déversements sur la Deûle pour un débit égal au débit d’étiagedu Rhin pour le paramètre MESPour les paramètres DCO et DBO5, les résultats sont donnés en Annexe 22.Etant donné son débit, le Rhin est beaucoup moins sensible aux déversements que la Deûle.On remarque que l’impact est pratiquement négligeable. En effet il ne dépasse pas trenteminutes quelque soit le déversement.C. IMPACT DU FUTUR BASSIN DE DEPOLLUTION DES BATELIERS1. Contexte de l’étudeUn projet de construction d’un bassin de dépollution de 70 000 mètres cubes est en coursd’étude. Il permettra principalement de diminuer les volumes des rejets de temps de pluie etdans une moindre mesure d’éviter les inondations de certains quartiers de l’agglomération deLille-Marquette. Les volumes retenus seront ensuite envoyés à la station de traitement deseaux usées de Marquette dans un délai de vingt quatre heures où ils seront traités puis rejetésdans la Deûle. Afin d’estimer la répercussion de ce bassin sur le milieu naturel, les calculsprécédents ont été réitérés en supprimant les 70 000 premiers mètres cubes des six plusimportants déversements observés lors de la campagne. (cf Tableau 13)2. Evaluation de la pollution captéeLe graphe représentant le rapport de la masse cumulée en MES par la masse totale enfonction du volume déversé cumulé permet d’avoir une première idée sur le pourcentage depollution captée par les 70 000 premiers mètres cubes et qui ne sera donc pas rejetée au milieunaturel sans traitement.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine53

Courbe de Geiger modifiée pour le paramètres MES1.2rapport de la masse cumulée à la massetotale (Kg)10.80.60.40.2volume capté volume déversé00 50 000 100 000 150 000 200 000volume cumulé (m 3 )29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Graphe 11 : Evaluation du pourcentage de masse en MES captée par le bassinPour les six plus importants événements, on récupère au minimum environ 80% de lapollution en MES dans les 70 000 premiers mètres cubes.3. Impacts détaillés sur le milieu naturelLes résultats sont présentés sous forme de graphes représentant la comparaison desconcentrations maximales et des durées de déclassement avant et après construction du bassinde dépollution des Bateliers.Concentration maximale en MES et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 1)60060concentration maximale (mg/l)500400300200100050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Graphe 12 : Exemple de graphe de comparaison des concentrations maximales et des temps dedéclassement avant et après construction du bassinEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine54

Tous les résultats pour le paramètre MES sont présentés en Annexe 19, pour le paramètreDCO en Annexe 20 et pour le paramètre DBO5 en Annexe 21.L’impact de cette construction est tel que pour le paramètre MES on n’observe plus dedéclassement du cours d’eau au milieu et à la fin du tronçon étudié. De plus quelque soit ledébit on diminue d’au moins 67% le temps de déclassement pour le tronçon 1. Ainsi la duréede déclassement n’excède pas treize heures sur le tronçon 1 quelque soit le débit de la rivière(valeur obtenue pour le déversement du 27 juillet 2005 avec un débit de deux mètres cubespar seconde).Pour les paramètres DCO et DBO5 les répercussions sont aussi conséquentes. Tout d’abord,pour la DCO on diminue au minimum de 45% le temps de déclassement quelque soit le débitde la Deûle sur le tronçon 1 et 5. Au niveau du tronçon 10, il n’y a plus de déclassementexcepté pour l’événement du 27 juillet où on diminue tout de même la durée de déclassementde 65%.Pour la DBO5 on réduit au minimum de 40% et de 59% la durée de déclassement sur lestronçons 1 et 5 respectivement. Sur le tronçon 10 cette diminution se porte au minimum à91% et le temps de déclassement n’excède pas huit heures quelque soit le débit de la Deûle.La construction ce bassin aura donc des répercussions sur les effets engendrés au milieunaturel. Il permettra de diminuer sensiblement la durée de déclassement du cours d’eau maiségalement la longueur du cours d’eau affectée par la pollution. Il est à noter, comme on l’adéjà souligné, que cela concerne uniquement l’impact physico-chimique.D. CONCLUSIONL’étude menée sur les incidences des rejets des déversoirs d’orage de l’agglomérationd’assainissement de Lille-Marquette sur la Deûle se veut très simplifiée étant donné lacomplexité du milieu naturel. Elle se restreint en effet aux effets à court terme et plusparticulièrement aux impacts physico-chimiques. Cependant elle permet de mettre enévidence la sensibilité du milieu récepteur et de donner une idée de l’importance des effetsdes déversements sur le cours d’eau. Les répercussions sont aussi bien spatiales quetemporelles. On retrouve les traces d’un apport de pollution dix kilomètres à l’aval du pointde rejet et jusqu’à une semaine après l’événement pluvieux. En plus de ces effets immédiatss’ajoutent les effets chroniques qui détériorent à plus long terme la qualité du cours d’eau.Quant à la construction du futur bassin de dépollution des Bateliers, elle aura un impactnon négligeable sur la Deûle. Celui-ci permettra en effet de retenir au minimum 80% de lapollution qui serait rejetée au niveau du déversoir d’orage par temps de pluie.Les déversements de l’agglomération lilloise apparaissent donc en grande partieresponsables de l’état de qualité du cours d’eau. Il est donc impératif pour viser un état dequalité 2 de diminuer les déversements et ce d’autant plus que l’étude a été menée pour undéversoir d’orage alors que l’agglomération en possède pas moins d’une centaine.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine55

CONCLUSIONL’étude simultanée du fonctionnement du système d’assainissement et plus précisémentdes déversoirs d’orage et des effets des déversements sur le milieu récepteur permet de faireun constat sur un certain nombre d’événements pluvieux réels et de relever les différentspoints à améliorer pour construire une politique de l’assainissement de temps de pluie quiprend en compte le milieu récepteur.Dans le cas de l’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette, la modélisationhydraulique du déversoir d’orage de l’Esplanade a permis de mettre en évidence unedifférence significative entre les volumes déversés réellement et ceux simulés. Cet écart est dûprincipalement à une mauvaise répartition des débits à l’amont du déversoir d’orage, ce quientraîne une sous-estimation du débit dans le collecteur Ouest et par la suite du débit déversé.Cette mauvaise répartition provient d’un important maillage du réseau en amont, maillage quidoit être davantage détaillé dans le modèle pour obtenir des résultats plus convaincants.Ces volumes déversés par les déversoirs d’orage entraînent dans le milieu naturel unepollution qui doit pouvoir être estimée afin de répondre aux impératifs réglementaires.Actuellement cette pollution est estimée à partir des caractéristiques de l’effluent à l’entrée dela station d’épuration de Marquette. L’étude de la campagne de prélèvements effectuée sur ledéversoir d’orage des Bateliers a mis en avant une inégalité entre la pollution estimée et celleréellement déversée. Une autre estimation de cette pollution à partir des paramètres del’événement pluvieux a été étudiée. Cependant elle n’a pas pu réellement être concluante,étant donné le peu de données à disposition. L’utilisation de modèle existant n’a pas étéconvaincant et l’étude par classes de pluies n’a pas pu être menée jusqu’à son terme pour laraison citée précédemment. A cet égard, il serait donc préférable de réaliser une campagne demesures beaucoup plus longue permettant de réaliser une étude statistique.Enfin cette pollution rejetée a des conséquences sur la Deûle, milieu récepteur del’agglomération lilloise. L’étude macroscopique réalisée a permis de mettre en évidencel’extrême sensibilité du cours d’eau vis à vis des déversements produits par l’agglomérationde Lille-Marquette. Cette étude qui se voulait simple s’est restreinte à la considération d’ununique déversoir d’orage alors que l’agglomération en possède davantage. Elle a le méritenéanmoins de faire ressortir l’aspect spatio-temporel des impacts physico-chimiques à courtterme sur le milieu naturel grâce à l’analyse du temps de déclassement de la rivière. Ce travaila permis de déterminer également les répercussions qu’aurait la construction du futur bassinde dépollution des Bateliers qui va capter les 70 000 premiers mètres cubes d’effluentdéversé. Ce bassin évite, dans le cadre toujours d’un seul déversoir d’orage, le déclassementde la Deûle et aura un impact conséquent sur le cours d’eau. Il réduira les flux polluantsdéversés et limitera les apports en matières en suspension.Le bon état écologique des cours d’eau visé pour 2015 passe donc inexorablement par lavérification du bon fonctionnement du réseau d’assainissement. Cette vérification se fait parl’intermédiaire d’un suivi permanent du réseau mis en relation avec les modèles hydrauliquesà disposition.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine57

GLOSSAIREAgglomération d’assainissement : zone dans laquelle la population ou l’activité économiqueest suffisamment concentrée pour qu’il soit possible de collecter les eaux usées vers unsystème d’épuration unique.DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène à cinq jours, exprimée en milligramme par litre,est la quantité d’oxygène consommée par les matières organiques (MO biodégradable)contenues dans une eau polluée ou dans une eau résiduaire pendant cinq jours, à 20°C et àl’obscurité.DCO : Demande Chimique en Oxygène, est la quantité d’oxygène, exprimée en milligrammepar litre, nécessaire à la transformation par voie chimique des matières organiques(biodégradables mais aussi réfractaires) et éventuellement d’une partie des matièresminérales.Eaux résiduaires urbaines : sont les eaux usées ménagères mélangées aux eaux industriellesusées et/ou aux eaux de ruissellement.MES : Matières en Suspension, sont les matières non dissoutes contenues dans l’eau etmaintenues en suspension dans le liquide sous l’action de la turbulence.Module : Débit annuel moyen, exprimé en mètre cube par seconde. La valeur de ce moduledivisée par la superficie du bassin versant donne le module spécifique, exprimé en litre parseconde par hectare.NTK : Azote Total Kjeldhal représente l’ensemble des formes réduites de l’azote contenuesdans les eaux c’est-à-dire la somme de l’azote organique et de l’azote ammoniacal.QMNA2 : Débit mensuel minimal annuel de période de retour deux ans est le débit mensuelminimal annuel de fréquence biennale (ayant une probabilité 1/2 (chaque année) de ne pasêtre dépassé).QMNA5 :Débit mensuel minimal annuel de période de retour cinq ans est le débit mensuelminimal annuel de fréquence quinquennale sèche (ayant une probabilité 1/5 (chaque année)de ne pas être dépassé). Le QMNA5 est aussi appelé " débit mensuel d'étiage de fréquencequinquennale sèche " ou, de façon plus condensée, " débit mensuel d'étiage quinquennal " ouencore comme il est nommé dans la nomenclature de la loi sur l'eau " débit moyen mensuelsec de récurrence cinq ans ".RNB : Réseau National de Bassin, est le dispositif de surveillance générale de la qualité desrivières mis en place par le ministère de l’environnement et financé par l’état.RUTP : Rejets Urbains de Temps de Pluie, sont tous les rejets se produisant par temps depluie à l’interface du système d’assainissement de l’agglomération urbaine et du milieurécepteur c’est à dire : Les rejets à l’extérieur des collecteurs strictement pluviaux, Les surverses de collecteurs unitaires, Les rejets à l’aval des stations d’épuration, par temps de pluie.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine59

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SATIN M., SELMI B.,BOURRIER R. - Guide technique de l’assainissement : évacuationdes eaux usées et pluviales, conception et composants des réseaux, épuration deseaux et protection de l’environnement, exploitation et gestion des systèmesd’assainissement. - Editions Le Moniteur, 1999 - 680 p (Moniteur référence technique 2 eédition) - ISBN 2-281-11184-9SOCIETE HYDROTECHNIQUE DE FRANCE. - Autosurveillance, diagnostic permanentet modélisation des flux polluants en réseaux d’assainissement urbains : Colloqued’Hydrotechnique, 179 ème session du Comité Scientifique et Technique, Marne laVallée, 28 et 29 juin 2005. - Paris, Société Hydrotechnique de France, 2005 - 262 p -ISBN 2-906831-62-XUNITE METROLOGIE, TRAITEMENT DES EAUX USEES, DIRECTION DE L’EAU ETDE L’ASSAINISSEMENT, LILLE METROPOLE COMMUNAUTE URBAINE.-Présentation, équipements, implantation des points de mesure de débits. Lille, LilleMétropole Communauté Urbaine, Mars 2001 -VALIRON F. & TABUCHI J.P. - Maîtrise de la pollution urbaine par temps de pluie :état de l’art. Paris, Technique et Documentation Lavoisier, 1992 - 563 p - ISBN 2-85206-863-XVASQUEZ J., ZUG M., PHAN L., ZOBRIST C. - Guide technique sur le fonctionnementdes déversoirs d’orage. - ENGEES, ANJOU RECHERCHE, FNDAE, 2006 - 216 pEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine61

ANNEXESEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine63

ANNEXE 1 : CARTE DES AGGLOMERATIONS DE LILLE METROPOLE COMMUNAUTE URBAINEEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine65

ANNEXE 2 : LES POINTS DE MESURE DU DEVERSOIR D’ORAGE DE L’ESPLANADE (PM3)Photos des capteurs de vitesse et de hauteur d’eau (PM3U)Dalot150 * 150PM3PVers la DeûleCollecteur de l’Ouest(300 * 250)PM3UEaux uséesDéversementsDouble dalot(250 * 70)Collecteur de l’Ouest(300 * 280)Collecteur Vauban(230 * 250)Photos des capteurs de vitesse et de hauteur d’eau (PM3P)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine66

ANNEXE 3 : SCHEMAS EXPLICATIFS DES POINTS DE MESURE DU DEVERSOIR D’ORAGE DEL’ESPLANADEEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine67

ANNEXE 4 : CARTE DES POLYGONES DE THIESSEN ET LOCALISATION DES STATIONSPLUVIOMETRIQUES DE L’AGGLOMERATION DE LILLE-MARQUETTEN° COMMUNESUPERFICIE DUPOLYGONE DELOCALISATIONTHIESSEN (ha)8 MARQUETTE 3101 Station d’épuration de Marquette9 PILATERIE 2666 Bassin d’orage de la Z.I de Wasquehal11 LILLE 2515 Station de pompage des Bateliers13 LOMME 2264 Unité Territoriale d’assainissement de Lomme14 LEZENNES 2606 Laboratoire de veille écologique de Ronchin15 FACHES-THUMESNIL 2370 Bassin d’orage VaubanEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine68

ANNEXE 5 : TABLEAUX RECAPITULATIFS DES EVENEMENTS MESURES ET CALCULESEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine69

ANNEXE 6 : GRAPHES DES HAUTEURS ET DES DEBITS MESURES (BLEU) ET CALCULES (NOIR)POUR L’EVENEMENT DU 13 JUILLET 2002 (MOUSE)1.1[m]Séries Temporelles Hauteur d´eau1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0-0.107:00:0013-7-200207:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00Graphe 1 : Hauteurs d’eau mesurée (bleu) et calculée (noir)[m3/s]Séries Temporelles Debits conduites2.62.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.008:00:0013-7-200208:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00Graphe 2 : Débits mesurée (bleu) et calculée (noir)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine70

ANNEXE 7 : EXEMPLE DE RESULTATS DE PRELEVEMENTS POUR L’EVENEMENT DU 29SEPTEMBRE 2005Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine71

ANNEXE 8 : TABLEAU RECAPITULATIF DES EVENEMENTS PLUVIEUX CONSIDERESEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine72

Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine73

ANNEXE 9 : GRAPHES DE COMPARAISON DES MASSES EN DCO ET DBO5 MESUREES ETESTIMEES PAR LE SERVICE METROLOGIEComparaison des masses déversées en DCO mesurées et calculéespar le service métrologie80000masse en DCO calculée (kg)70000600005000040000300002000010000masse calculée =f(masse mesurée)droite y=x00 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000masse en DCO mesurée (kg)Comparaison des masses déversées en DBO5 mesurées etcalculées par le service métrologiemasse en DBO5 calculée (kg)3000025000200001500010000500000 5000 10000 15000 20000 25000 30000masse en DBO5 mesurée (kg)masse calculée =f(masse mesurée)droite y=xEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine74

ANNEXE 10 : TABLEAUX DETAILLES DES CLASSES FORMEES A PARTIR DU GRAPHE HAUTEURD’EAU PRECIPITEE / DUREE DE LA PLUIE PUIS FORMEES A PARTIR DES HYDROGRAMMES DEDEVERSEMENTA partir du graphe décrivant la hauteur d’eau précipitée en fonction de la durée de la pluieClasse 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Classe 510/09/03 22/09/03 01/10/03 30/10/03 24/08/0502/05/05 07/10/03 13/04/05 29/05/0508/05/05 12/11/03 28/04/05 29/06/0517/11/03 06/07/0504/04/05 29/07/0518/04/05 29/09/0506/06/0515/06/0518/07/0511/09/0527/09/05A partir des hydrogrammes de déversementClasse 1 Classe 2 Classe 329/05/05 30/10/03 10/09/0629/06/05 26/07/05 22/09/0306/07/05 24/08/05 01/10/0329/09/05 07/10/0312/11/0317/11/0304/04/0513/04/0518/04/0528/04/0502/05/0508/05/0506/06/0515/06/0518/07/0511/09/0527/09/05Les caractéristiques de chaque événement pluvieux sont données précédemment en annexe.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine75

ANNEXE 11 : FORMES DES DIFFERENTS HYDROGRAMMES DE DEVERSEMENTClasse 1Hydrogrammes de déversement de la classe 114121029/05/2005débit (m3/s)8629/06/200506/07/200529/09/2005420Classe 2Hydrogrammes de déversement de la classe 2141210débit ( m3/s)8630/10/200326/07/200524/08/2005420Classe 3 (Cette classe contient les 17 pluies restantes mais seuls quelques hydrogrammescaractéristiques ont été représentés)Hydrogrammes de déversement de la classe 354.54débit ( m3/s)3.532.521.522/09/200301/10/200317/11/200302/05/200508/05/200515/06/200511/09/200510.50Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine76

ANNEXE 12 : REPARTITION DES POINTS DE MESURE SUR LA DEULEEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine77

ANNEXE 13 : TRONÇON DE LA DEULE ETUDIE ET PROFILS EN TRAVERSEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine78

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ANNEXE 14 : TABLEAU RECAPITULATIF DE LA QUALITE DE L’EAU DE LA DEULE AHAUBOURDINEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine80

ANNEXE 15 : GRILLE D’ANALYSE DE 1971 REPERTORIANT LES DIFFERENTES CLASSES DECOURS D’EAULa qualité générale du cours d’eau est celle du paramètre le plus défavorable. Néanmoins, ondéfinit des paramètres secondaires pour lesquels deux d’entre eux sont nécessaires pourdéclasser le cours d’eau : ils sont en caractères fins sur le tableau, les paramètres importantsétant en caractères gras.Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine81

ANNEXE 16 : EVOLUTION DE LA CONCENTRATION EN MES DE LA DEULE AU COURS DEL’EVENEMENT PLUVIEUX DU 29 MAI 2005Evolution de la concentration en MES de la Deûle en fonction du temps selon les tronçons400350concentration en MES (mg/l)300250200150100tronçon 1tronçon 2tronçon 3tronçon 4tronçon 5tronçon 6tronçon 7tronçon 8tronçon 9tronçon 105000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000durée (mn)Evolution de la concentration en MES le long du cours d’eau pour différents pas de temps400.0concentration en MES (mg/l)350.0300.0250.0200.0150.0100.050.060 mn660 mn1260 mn1860 mn2460 mn3060 mn3660 mn4260 mn4860 mn5460 mn6060 mn6660 mn7260 mn0.00 2 4 6 8 10numéro tronçonEcole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine82

ANNEXE 17 : GRAPHES REPRESENTANT LA DUREE DE DECLASSEMENT DE LA DEULE SELONLES DEBITS POUR LE PARAMETRE DBO5.durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 1durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 1durée de déclassement (h)3025.52521.520151311108.59.59547.5 5.54.50 300 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)6050.554504038383025.52720 16.51920.518108.51713 145.500 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/svolume total déversé (m 3 )volume total déversé (m 3 )durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 5durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 5160durée de déclassement (h)706058504028.53020191030 01.50000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)136140121.5120113.5100808160 676040554043.53935.52026000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/svolume total déversé (m 3 )volume total déversé (m 3 )durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 10durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 10durée de déclassement (h)25201510522.513.5106 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)20018016014012010080604085.5431587851.5181.589.559142.57147.56 m3/s4 m3/s2 m3/s0 0 0000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0002028.50000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000volume total déversé (m 3 )volume total déversé (m3)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine83

ANNEXE 18 : GRAPHES REPRESENTANT LA DUREE DE DECLASSEMENT DE LA DEULE SELONLES DEBITS POUR LE PARAMETRE DCO.durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 1durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 1302727.5605454durée de déclassement (h)25201513.5149.5107.59.5953.55.54.50020 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)50403536.53027272017.514.520181810 7.5 1214.5500 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/svolume total déversé (m 3 )volume total déversé (m 3 )durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 5durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 57064.5160durée de déclassement (h)6050.55040323025202116.5100 0000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)140129.51361201008070.56063.5 6754354041.543.5352023011.500 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/svolume total déversé (m 3 )volume total déversé (m 3 )durée de déclassement de 2 classes pour le tronçon 10durée de déclassement d'au moins 1 classe pour le tronçon 10durée de déclassement (h)6048.550403024.52016.5100 0 0000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/sdurée de déclassement (h)200182180160171140.514012010084.590806055.569.54032604621.5200 16.5000 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 0006 m3/s4 m3/s2 m3/svolume total déversé (m 3 )volume total déversé (m3)Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine84

ANNEXE 19 : GRAPHES DE COMPARAISON DES CONCENTRATIONS EN MES ET DES TEMPS DEDECLASSEMENT DE LA DEULE AVANT ET APRES CONSTRUCTION DU BASSIN DEDEPOLLUTION.Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 5)6001825045concentration maximale (mg/l)50040030020010001614121086420durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)2001501005004035302520151050durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 5)concentration maximale (mg/l)6005004003002001000302520151050durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)250200150100500706050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 5)60060250140concentration maximale (mg/l)500400300200100050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)200150100500120100806040200durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine85

ANNEXE 20 : GRAPHES DE COMPARAISON DES CONCENTRATIONS EN DCO ET DES TEMPS DEDECLASSEMENT D’AU MOINS 1 CLASSE DE LA DEULE AVANT ET APRES CONSTRUCTION DUBASSIN DE DEPOLLUTION DES BATELIERS.Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 5)60050040030020010002520151050Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)2001801601401201008060402006050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 5)600500400300200100035302520151050Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)20018016014012010080604020080706050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 5)6005004003002001000706050403020100Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin200180160140120100806040200180160140120100806040200Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine86

ANNEXE 21 : GRAPHES DE COMPARAISON DES CONCENTRATIONS EN DBO5 ET DES TEMPSDE DECLASSEMENT D’AU MOINS 1 CLASSE DE LA DEULE AVANT ET APRES CONSTRUCTION DUBASSIN DE DEPOLLUTION DES BATELIERS.Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 6 m 3 /s (tronçon 5)2001801601401201008060402002520151050Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)7060504030201006050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 4 m 3 /s (tronçon 5)20018016014012010080604020035302520151050Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassinconcentration maximale (mg/l)7060504030201009080706050403020100durée de déclassement (h)Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 1)Concentration maximale et durée de déclassement avant et après laconstruction du bassin des Bateliers pour un débit de 2 m 3 /s (tronçon 5)200180160140120100806040200706050403020100Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin706050403020100180160140120100806040200Concentration maximale avantle bassinConcentration maximaleaprès le bassindurée de déclassement avantle bassindurée de déclassement aprèsle bassin29/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/200529/05/200529/06/200506/07/200527/07/200524/08/200529/09/2005Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine87

ANNEXE 22 : CONCENTRATIONS MAXIMALES EN DCO ET EN DBO5 ET DUREE DEDECLASSEMENT DE LA DEULE POUR UN DEBIT EGAL AU DEBIT D’ETIAGE DU RHIN(QMNA5=520 M 3 /S).EvénementpluvieuxCaractéristiques du déversementVolume totaldéversé (m 3 )Masse totale enDCO (Kg)Durée dedéversement(h)Evolution du cours d’eauConcentrationmaximale enDCO (mg/l)Durée dedéclassement(h)29/05/2005 79 791 74 527 11.5 49.9 0.529/06/2005 87 414 68 462 12 57.8 106/07/2005 108 669 26 897 12 41.3 0.527/07/2005 115 278 64 421 10 47.35 1.524/08/2005 150 786 55 942 12 35.6 029/09/2005 96 422 68 880 7 62 1EvénementpluvieuxCaractéristiques du déversementVolume totaldéversé (m 3 )Masse totale enDBO5 (Kg)Durée dedéversement(h)Evolution du cours d’eauConcentrationmaximale enDBO5 (mg/l)Durée dedéclassement(h)29/05/2005 79 791 24 303 11.5 13.2 0.529/06/2005 87 414 18 492 12 14.25 0.506/07/2005 108 669 5 865 12 9.24 027/07/2005 115 278 16 762 10 11.27 1.524/08/2005 150 786 18 245 12 8.51 029/09/2005 96 422 24 681 7 18.2 1Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de StrasbourgLille Métropole Communauté Urbaine88

Ecole Nationale du Génie de l'Eauet de l'Environnement de StrasbourgDiplôme d’Ingénieur de l’ENGEESMEMOIRE DE FIN D'ETUDESAuteur :Année :MISIAK Xavier2007Titre :Caractérisation quantitative et qualitative des déversements de l’agglomérationd’assainissement de Lille-Marquette et évaluation de l’impact sur le milieu naturelNombre de pages : 61 pages + 23 pages d’annexesNombre de références bibliographiques : 16Structure d'accueil :Lille Métropole Communauté Urbaine1, rue du Ballon 59000 LILLE Cedex (NORD) / FRANCEMaître de stage : TONNERRE JacquesRésumé :L’agglomération d’assainissement de Lille-Marquette déverse ses eaux dans la Deûle parl’intermédiaire de déversoirs d’orage. Le logiciel de calcul MOUSE simule les volumesdéversés en temps de pluie au milieu naturel. En parallèle, pour estimer la pollutionrejetée, l’étude d’une campagne de prélèvements a pour but de trouver un lien entre lapollution et les paramètres de l’événement pluvieux. Connaissant la pollution rejetée, uneanalyse macroscopique simplifiée du milieu récepteur permet de suivre l’évolution de laqualité physico-chimique de l’eau.Mots-clés :Déversoir d’orage ; modélisation ; mesures ; pollution ; pluviométrie ; milieu naturel ;impact

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