A.F. - BRGM

BRGML'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE

.00^\>^ ^^

9\3 S>^

Cahier des chargespour la certification

d'un site de géoépuration

z. Alamyavec la collaboration de :

C. BreuilA.F. Raboin

Décembre 1991

R 34031 4S-ENV 91

BRGMSERVICE SOL ET SOUS-SOL

Département Environnement et RisquesB.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex 2 - France Té! : (33) 38 64 34 34

BRGML'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE

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9\3 S>^

Cahier des chargespour la certification

d'un site de géoépuration

z. Alamyavec la collaboration de :

C. BreuilA.F. Raboin

Décembre 1991

R 34031 4S-ENV 91

BRGMSERVICE SOL ET SOUS-SOL

Département Environnement et RisquesB.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex 2 - France Té! : (33) 38 64 34 34

Certification d'un site de géoépuration

RESUME

A la demande de la Direction des Collectivités Rurales du Ministère del'Agriculture, le département environnement du BRGM a été chargé de laréalisation d'un cahier des charges en vue de la certification d'un site de

géoépuration par une lettre de commande référencée JC/FH/221090 du 25 octobre1990.

Ce procédé d'épuration et d'infiltration des eaux usées urbaines et agro-alimentaires permet un traitement secondaire et/ou tertiaire des effluents. Ilpermet une réduction de 100% des matières en suspension, de 90% des matièresoxydables, de 30 à 50% des composés azotés et d'un facteur de 1000 des germespathogènes.

La collectivité locale doit assurer l'évacuation des eaux et établir un programmed'assainissement.

L'épuration doit réduire la pollution contenue dans les eaux résiduaires avant leurrejet, afin de permettre les différents usages de l'eau. Cette épuration devrarépondre aux objectifs de qualité dépendant eux-mêmes de la sensibilité du milieurécepteur.

La géoépuration apparaît comme une solution encourageante. Avant de décider de

l'implantation d'une station de géoépuration sur un site, il faudra prendre encompte :

la perméabilité, pour savoir si l'infiltration est possible, si la nappe ne risquepas de remonter de façon exagérée ;

la géochimie, dans le cas d'une infiltration en nappe, pour éviter lesproblèmes de colmatage ou de dissolution dans le terrain sous-jacent.

Cette technique d'épuration devrait se développer dans les années à venir, étantdonné l'évolution de la législation concernant la protection des milieux récepteurs.

Rapport BRGM R 3403 1 4S-ENV 9 1


RESUME

A la demande de la Direction des Collectivités Rurales du Ministère del'Agriculture, le département environnement du BRGM a été chargé de laréalisation d'un cahier des charges en vue de la certification d'un site de

géoépuration par une lettre de commande référencée JC/FH/221090 du 25 octobre1990.

Ce procédé d'épuration et d'infiltration des eaux usées urbaines et agro-alimentaires permet un traitement secondaire et/ou tertiaire des effluents. Ilpermet une réduction de 100% des matières en suspension, de 90% des matièresoxydables, de 30 à 50% des composés azotés et d'un facteur de 1000 des germespathogènes.

La collectivité locale doit assurer l'évacuation des eaux et établir un programmed'assainissement.

L'épuration doit réduire la pollution contenue dans les eaux résiduaires avant leurrejet, afin de permettre les différents usages de l'eau. Cette épuration devrarépondre aux objectifs de qualité dépendant eux-mêmes de la sensibilité du milieurécepteur.

La géoépuration apparaît comme une solution encourageante. Avant de décider de

l'implantation d'une station de géoépuration sur un site, il faudra prendre encompte :

la perméabilité, pour savoir si l'infiltration est possible, si la nappe ne risquepas de remonter de façon exagérée ;

la géochimie, dans le cas d'une infiltration en nappe, pour éviter lesproblèmes de colmatage ou de dissolution dans le terrain sous-jacent.

Cette technique d'épuration devrait se développer dans les années à venir, étantdonné l'évolution de la législation concernant la protection des milieux récepteurs.



SOMMAIRE

INTRODUCTION 6

1 -PRINCIPE, MÉCANISMES ET PERFORMANCESDE LA GÉOÉPURATION 7

1.1 - Principe 7

1.2 - Mécanismes d'épuration par le sol des eaux usées 9

1.2.1 - Les matières en suspension 9

1.2.2 - Les matières oxydables 101.2.3 -L'azote 11

1.2.4 - Les micro-organismes 131.2.5 - Les besoins en oxygène 13

1.3 - Critique de la géoépuration 14

1.3.1 -Avantages 141.3.2 - Inconvénients 15

2 - LES COLLECTIVITÉS LOCALES - LA LÉGISLATION 16

2.1 - Le rôle de la collectivité locale 16

2.2 - Pourquoi épurer? 16

2.3 - Une solution : la géoépuration ; 20

3 - PRISE EN COMPTE DE LA PERMÉABILITÉ 22

3.1 - Pourquoi mesurer la perméabilité? 22

3.2 - Quelles mesures effectuer? 23

4 - PRISE EN COMPTE DE LA GEOCHIMIE 26

4.1 - Les eaux de distribution 26

4.1.1 - Notion de dureté 264.1.2 - Influence du fer 26

4.2 - Les eaux résiduaires 28

4.3 - Les nappes libres 28

4.3.1 - Faciès chimiques des aquifères 284.3.2 - Aptitude à la corrosion 284.3.3 - Colmatage chimique 30

4.4 - Evaluation du risque géochimique 31

Rapport BRGM R 34031 4S-ENV 91 A


SOMMAIRE

INTRODUCTION 6

1 -PRINCIPE, MÉCANISMES ET PERFORMANCESDE LA GÉOÉPURATION 7

1.1 - Principe 7

1.2 - Mécanismes d'épuration par le sol des eaux usées 9

1.2.1 - Les matières en suspension 9

1.2.2 - Les matières oxydables 101.2.3 -L'azote 11

1.2.4 - Les micro-organismes 131.2.5 - Les besoins en oxygène 13

1.3 - Critique de la géoépuration 14

1.3.1 -Avantages 141.3.2 - Inconvénients 15

2 - LES COLLECTIVITÉS LOCALES - LA LÉGISLATION 16

2.1 - Le rôle de la collectivité locale 16

2.2 - Pourquoi épurer? 16

2.3 - Une solution : la géoépuration ; 20

3 - PRISE EN COMPTE DE LA PERMÉABILITÉ 22

3.1 - Pourquoi mesurer la perméabilité? 22

3.2 - Quelles mesures effectuer? 23

4 - PRISE EN COMPTE DE LA GEOCHIMIE 26

4.1 - Les eaux de distribution 26

4.1.1 - Notion de dureté 264.1.2 - Influence du fer 26

4.2 - Les eaux résiduaires 28

4.3 - Les nappes libres 28

4.3.1 - Faciès chimiques des aquifères 284.3.2 - Aptitude à la corrosion 284.3.3 - Colmatage chimique 30

4.4 - Evaluation du risque géochimique 31

Rapport BRGM R 34031 4S-ENV 91 A


CONCLUSION 33

BIBLIOGRAPHIE 34

LISTE DES FIGURES

Fig. 1 - Réalimentation directe de la nappe - Drainage de l'effluent de sortie.

Fig. 2 - Schéma de principe de la géoépuration.

Fig. 3 - Système d'aération sur la station pilote de géoépuration d'Orléans-la-Source (drains espacés de 50 cm).

Fig. 4 - Etablissement d'un programme d'assainissement.

Fig. 5 - Les usages de l'eau.

Fig. 6 - Réduction de la pollution.

Fig. 7 - Sensibilité des milieux,

Fig. 8 - La géoépuration.


Fig.lO- Remontée- des nappes.

Fig. 11 - Mesure de perméabilité.

Fig. 12 - Méthode du double anneau.

Fig. 13 - Mesure dans le sol.

Fig. 14 - Mesures dans la nappe.

Fig. 15 - Carte schématique de faciès lithologiques.

Fig. 16 - Carte de dureté de l'eau de distribution.

Fig. 17 - Répartition des principales nappes libres.

Fig. 18- Carte des faciès chimiques.

Fig. 19 - Aptitude à la corrosion des eaux des principaux aquifères régionaux ànappes libres.

Fig. 20 - Carte des risques en géoépuration.

Fig. 21 - Un assainissement bien adapté.



CONCLUSION 33

BIBLIOGRAPHIE 34

LISTE DES FIGURES

Fig. 1 - Réalimentation directe de la nappe - Drainage de l'effluent de sortie.


Fig. 3 - Système d'aération sur la station pilote de géoépuration d'Orléans-la-Source (drains espacés de 50 cm).

Fig. 4 - Etablissement d'un programme d'assainissement.

Fig. 5 - Les usages de l'eau.

Fig. 6 - Réduction de la pollution.

Fig. 7 - Sensibilité des milieux,



Fig.lO- Remontée- des nappes.

Fig. 11 - Mesure de perméabilité.

Fig. 12 - Méthode du double anneau.

Fig. 13 - Mesure dans le sol.

Fig. 14 - Mesures dans la nappe.

Fig. 15 - Carte schématique de faciès lithologiques.

Fig. 16 - Carte de dureté de l'eau de distribution.

Fig. 17 - Répartition des principales nappes libres.

Fig. 18- Carte des faciès chimiques.

Fig. 19 - Aptitude à la corrosion des eaux des principaux aquifères régionaux ànappes libres.

Fig. 20 - Carte des risques en géoépuration.

Fig. 21 - Un assainissement bien adapté.



INTRODUCTION

Le département environnement du BRGM a été chargé de l'élaboration du cahierdes charges concernant la certification d'un site de géoépuration.

Ce document est réalisé à la demande du Ministère de l'Agriculture, Direction des

Collectivités Rurales(i) par une lettre de commande référencée JC/FH/221090 endate du 25 octobre 1990.

Après un rappel du principe de l'épuration biologique, ce cahier des chargesabordera les principaux chapitres concernant la réglementation en matièred'assainissement ainsi que la prise en compte des caractéristiques des terrainstant du point de vue de leur perméabilité que de l'interaction possible entre lechimisme de l'eau et le faciès chimique du sol et du sous-sol.

(1) Ministère de l'Agriculture. Direction des Collectivités Rurales, 19, avenue du Maine75732 PARIS Cedex 15.

Rapport BRGM R 3403 14S-ENV91


INTRODUCTION

Le département environnement du BRGM a été chargé de l'élaboration du cahierdes charges concernant la certification d'un site de géoépuration.

Ce document est réalisé à la demande du Ministère de l'Agriculture, Direction des

Collectivités Rurales(i) par une lettre de commande référencée JC/FH/221090 endate du 25 octobre 1990.

Après un rappel du principe de l'épuration biologique, ce cahier des chargesabordera les principaux chapitres concernant la réglementation en matièred'assainissement ainsi que la prise en compte des caractéristiques des terrainstant du point de vue de leur perméabilité que de l'interaction possible entre lechimisme de l'eau et le faciès chimique du sol et du sous-sol.

(1) Ministère de l'Agriculture. Direction des Collectivités Rurales, 19, avenue du Maine75732 PARIS Cedex 15.



1 - PRINCIPE, MECANISMES ET PERFORMANCESDE LA GÉOÉPURATION

1.1 - PRINCIPE

La géoépuration est un ensemble de procédés ayant pour objectif l'épurationphysicochimique et bactériologique d'eaux usées dans des sols en place ourapportés.

Il peut être fait appel au sol en place quand ses propriétés intrinsèques et lecontexte topographique et hydrogéologique lui permettent de remplir ses fonctionsépuratrices. Sinon, on s'affranchit des conditions plus ou moins défavorables enutilisant des sols sableux rapportés.

Ce traitement des effluents s'effectue soit :

- après un dégrillage et une décantation primaire ; il s'agit alors d'untraitement secondaire ;

- après un traitement secondaire (épuration biologique par boues activées parexemple) ; c'est alors un traitement tertiaire ou de finition.

Il faut également faire une distinction entre :

- l'assainissement autonome qui n'utilise que de petites surfaces et qui résorbesur le lieu même de leur production les eaux usées ;

- les stations collectives urbaines qui ont un flux entrant important et utilisatnde grandes surfaces, surtout en traitement tertiaire.

Il existe trois filières de traitement utilisant le sol comme système récepteur :

l'épandage, l'irrigation et la géoépuration (ou infiltration - percolation).

1.1.1 - L'EPANDAGE ET L'IRRIGATION

Ces deux procédés font participer les plantes dans le système épurateur.

L'épandage a pour but de recycler l'eau et les éléments fertilisants du sol. Lesystème racinaire absorbera la fraction minérale et aidera à la transformation de

la matière organique. Cette méthode est limitée par la charge en matièresorganiques qui ne doit pas être trop forte et le volume annuel utilisé doit êtreinférieur à 2000 m^/ha, soit 5 à 20% de la pluviométrie annuelle.

Bien qu'ayant des performances intéressantes (réduction de 100% des MES, de lamatière organique, des composés phosphores, de 90 à 100% des composés azotés), lesystème d'épuration est limité par le climat, les odeurs et les pratiques agricoles locales.

Rapport BRGM R 3403 1 4S-ENV 9 1 7


1 - PRINCIPE, MECANISMES ET PERFORMANCESDE LA GÉOÉPURATION

1.1 - PRINCIPE

La géoépuration est un ensemble de procédés ayant pour objectif l'épurationphysicochimique et bactériologique d'eaux usées dans des sols en place ourapportés.

Il peut être fait appel au sol en place quand ses propriétés intrinsèques et lecontexte topographique et hydrogéologique lui permettent de remplir ses fonctionsépuratrices. Sinon, on s'affranchit des conditions plus ou moins défavorables enutilisant des sols sableux rapportés.

Ce traitement des effluents s'effectue soit :

- après un dégrillage et une décantation primaire ; il s'agit alors d'untraitement secondaire ;

- après un traitement secondaire (épuration biologique par boues activées parexemple) ; c'est alors un traitement tertiaire ou de finition.

Il faut également faire une distinction entre :

- l'assainissement autonome qui n'utilise que de petites surfaces et qui résorbesur le lieu même de leur production les eaux usées ;

- les stations collectives urbaines qui ont un flux entrant important et utilisatnde grandes surfaces, surtout en traitement tertiaire.

Il existe trois filières de traitement utilisant le sol comme système récepteur :

l'épandage, l'irrigation et la géoépuration (ou infiltration - percolation).

1.1.1 - L'EPANDAGE ET L'IRRIGATION

Ces deux procédés font participer les plantes dans le système épurateur.

L'épandage a pour but de recycler l'eau et les éléments fertilisants du sol. Lesystème racinaire absorbera la fraction minérale et aidera à la transformation de

la matière organique. Cette méthode est limitée par la charge en matièresorganiques qui ne doit pas être trop forte et le volume annuel utilisé doit êtreinférieur à 2000 m^/ha, soit 5 à 20% de la pluviométrie annuelle.

Bien qu'ayant des performances intéressantes (réduction de 100% des MES, de lamatière organique, des composés phosphores, de 90 à 100% des composés azotés), lesystème d'épuration est limité par le climat, les odeurs et les pratiques agricoles locales.



L'irrigation a pour objectif de réutiliser les eaux usées dans l'agriculture. Denombreux pays réutilisent actuellement l'eau ainsi. On peut citer :

- les USA (Golden Gate Park à San-Francisco) ;

- le Chili (400 ha irrigués à Santiago) ;

- la France (Landiras, Montpellier...).

L'irrigation permet de suppléer au manque d'eau aux périodes sèches et devaloriser les eaux usées. Néanmoins, il faut être vigilant dans son emploi ensurveillant les concentrations en fertilisants (azote, phosphore...) et surtout laqualité bactériologique.

1.1.2 - LA GÉOÉPURATION

L'infiltration - percolation est un procédé d'épuration aérobie à biomasse fixée.L'eau usée est infiltrée à travers plusieurs mètres d'un sol partiellement saturé eneau (zone non saturée). Ensuite, les eaux épurées vont soit recharger la nappe, soitêtre drainées vers un milieu récepteur superficiel (fig. 1).

~.li_jl. . JL . -1 SolJJTLLT'.ÉFTCiJfeTîî.l. . JL . ^ . -L . ¿-j^J^ perméable

DESORTIE'

' "'' ',',, . ' .

REALIMENTATION DIRECTE DE LA NAPPE

EFFLUENTD'ENTRÉE

DrainEFFLUENT ^DESORTIE

Sable

Gravier

DRAINAGE DE L'EFFLUENT DE SORTIE

FIg. 1 - Rèalimentationdirecte de la nappeDrainage del'effluent de sortie.

L'intérêt du drainage est de permettre le contrôle de la qualité de l'effluent traitéavant son rejet dans le milieu.

Rapport BRGM R 34031 4S-ENV 91 8


L'irrigation a pour objectif de réutiliser les eaux usées dans l'agriculture. Denombreux pays réutilisent actuellement l'eau ainsi. On peut citer :

- les USA (Golden Gate Park à San-Francisco) ;

- le Chili (400 ha irrigués à Santiago) ;

- la France (Landiras, Montpellier...).

L'irrigation permet de suppléer au manque d'eau aux périodes sèches et devaloriser les eaux usées. Néanmoins, il faut être vigilant dans son emploi ensurveillant les concentrations en fertilisants (azote, phosphore...) et surtout laqualité bactériologique.

1.1.2 - LA GÉOÉPURATION

L'infiltration - percolation est un procédé d'épuration aérobie à biomasse fixée.L'eau usée est infiltrée à travers plusieurs mètres d'un sol partiellement saturé eneau (zone non saturée). Ensuite, les eaux épurées vont soit recharger la nappe, soitêtre drainées vers un milieu récepteur superficiel (fig. 1).

~.li_jl. . JL . -1 SolJJTLLT'.ÉFTCiJfeTîî.l. . JL . ^ . -L . ¿-j^J^ perméable

DESORTIE'

' "'' ',',, . ' .

REALIMENTATION DIRECTE DE LA NAPPE

EFFLUENTD'ENTRÉE

DrainEFFLUENT ^DESORTIE

Sable

Gravier

DRAINAGE DE L'EFFLUENT DE SORTIE

FIg. 1 - Rèalimentationdirecte de la nappeDrainage del'effluent de sortie.

L'intérêt du drainage est de permettre le contrôle de la qualité de l'effluent traitéavant son rejet dans le milieu.



Ce procédé a l'avantage d'être une méthode naturelle faisant appel à des processusphysicochimiques et biologiques simples. Il permet une réduction de 100% des

matières en suspension (MES), de 90% des matières oxydables (DCO), de 30 à 50%des composés azotés, et d'un facteur de 1000 des germes pathogènes. Mais lasurface utilisée doit être importante (1 m^ par équivalent-habitant en moyenne), ce

qui risque d'être une contrainte dans certains contextes.

1.2 -MECANISMES D'EPURATION PAR LE SOL DES EAUX USEESET PERFORMANCES ÉPURATOIRES

La géoépuration permet d'éliminer en grande partie les polluants présents dans leseffluents domestiques (figure 2, p. 12) :

matières en suspension (MES) ;

- matières oxydables ;

azote ;

- micro-organismes pathogènes.

1.2.1 - LES MATIÈRES EN SUSPENSION

On appelle MES l'ensemble des particules en suspension, qu'elles soient minérales(argiles, limons...) ou organiques.

La géoépuration va permettre de supprimer totalement les MES des eaux usées

selon deux mécanismes principaux.

1.2.1.1 - Le blocage dans les pores

Il y a blocage quand une particule a un diamètre plus grand que celui du poretraversé. En théorie, toutes les particules devraient être bloquées, car au contactentre les grains la taille du pore devient nulle. En pratique, le blocage ne devientimportant que lorsque le diamètre des particules se rapproche du diamètre moyendes pores.

1.2.1.2 - Fixation des particules

Les particules vont rester en place par effet mécanique simple après blocage etsédimentation. Sinon, elles seront absorbées sur le substrat granulaire.L'adsorption est physique (forces de Van Der Waals) ou électrostatique et estdéterminante pour les particules les plus fines (< 0,5 |J.).

Les particules seront fixées sur les premiers centimètres du massif filtrant et ellesentraîneront, si la quantité de MES est trop importante, un colmatage du massifpar obstruction des pores.



Ce procédé a l'avantage d'être une méthode naturelle faisant appel à des processusphysicochimiques et biologiques simples. Il permet une réduction de 100% des

matières en suspension (MES), de 90% des matières oxydables (DCO), de 30 à 50%des composés azotés, et d'un facteur de 1000 des germes pathogènes. Mais lasurface utilisée doit être importante (1 m^ par équivalent-habitant en moyenne), ce

qui risque d'être une contrainte dans certains contextes.

1.2 -MECANISMES D'EPURATION PAR LE SOL DES EAUX USEESET PERFORMANCES ÉPURATOIRES

La géoépuration permet d'éliminer en grande partie les polluants présents dans leseffluents domestiques (figure 2, p. 12) :

matières en suspension (MES) ;

- matières oxydables ;

azote ;

- micro-organismes pathogènes.

1.2.1 - LES MATIÈRES EN SUSPENSION

On appelle MES l'ensemble des particules en suspension, qu'elles soient minérales(argiles, limons...) ou organiques.

La géoépuration va permettre de supprimer totalement les MES des eaux usées

selon deux mécanismes principaux.

1.2.1.1 - Le blocage dans les pores

Il y a blocage quand une particule a un diamètre plus grand que celui du poretraversé. En théorie, toutes les particules devraient être bloquées, car au contactentre les grains la taille du pore devient nulle. En pratique, le blocage ne devientimportant que lorsque le diamètre des particules se rapproche du diamètre moyendes pores.

1.2.1.2 - Fixation des particules

Les particules vont rester en place par effet mécanique simple après blocage etsédimentation. Sinon, elles seront absorbées sur le substrat granulaire.L'adsorption est physique (forces de Van Der Waals) ou électrostatique et estdéterminante pour les particules les plus fines (< 0,5 |J.).

Les particules seront fixées sur les premiers centimètres du massif filtrant et ellesentraîneront, si la quantité de MES est trop importante, un colmatage du massifpar obstruction des pores.



1.2.2 - LES MATIERES OXYDABLES

L'épuration des effluents par oxydation de la matière organique dissoute ouparticulaire est due à l'action de micro-organismes hétérotrophes aérobies. Ce

processus permet de réduire la quantité de matière oxydable de 90%.

1.2.2.1 - Les micro-organismes de l'épuration

L'infiltration d'une eau riche en matière organique permet l'établissement de

micro-organismes dans le massif filtrant. Il s'agit principalement de bactéries, de

protozoaires et de champignons microscopiques. Ce sont les bactéries qui vontdégrader le plus facilement et avec un meilleur rendement la matière organique.

Le développement des bactéries se fait en trois phases :

fixation réversible très rapide par adsorption physique et électrostatique ;

fixation irréversible par synthèse de ponts polysaccharidiques ;

colonisation par multiplication.

La colonisation provoque le recouvrement du support en créant un 'Tjiofilm" oùbactéries actives et mortes sont liées dans un réseau polysaccharidique.

1.2.2.2 - Les besoins en oxygène

Le processus d'élimination de la matière organique étant aérobie, il conduitclassiquement à la consommation d'oxygène et à la production de gaz carbonique etd'eau. De plus, la biosynthèse cellulaire ainsi que la respiration endogène sontconsommatrices d'oxygène.

La matière organique sera oxydée selon la réaction suivante :

1 mg de DCO + 1 mg d'02 > 1 mg CO2 + (H2 0)

La partie restante d'02 servira à la croissance du biofilm.

Le renouvellement du stock d'oxygène est primordial pour assurer l'oxydationcomplète et éviter le colmatage interne du massif. Trois mécanismes contribuent àce renouvellement : la convection, la diffusion moléculaire et l'apport par dilutiondans l'eau.

L'apport par dilution dans l'eau est obligatoirement limité à 10 mg/l et peut êtreconsidéré comme négligeable.

La dilution de l'oxygène est due à un gradient de concentration entre l'intérieur etl'extérieur du massif. Cette diffusion est lente (0,20 m/j) et n'est donc pasfondamentale pour la géoépuration.



1.2.2 - LES MATIERES OXYDABLES

L'épuration des effluents par oxydation de la matière organique dissoute ouparticulaire est due à l'action de micro-organismes hétérotrophes aérobies. Ce

processus permet de réduire la quantité de matière oxydable de 90%.

1.2.2.1 - Les micro-organismes de l'épuration

L'infiltration d'une eau riche en matière organique permet l'établissement de

micro-organismes dans le massif filtrant. Il s'agit principalement de bactéries, de

protozoaires et de champignons microscopiques. Ce sont les bactéries qui vontdégrader le plus facilement et avec un meilleur rendement la matière organique.

Le développement des bactéries se fait en trois phases :

fixation réversible très rapide par adsorption physique et électrostatique ;

fixation irréversible par synthèse de ponts polysaccharidiques ;

colonisation par multiplication.

La colonisation provoque le recouvrement du support en créant un 'Tjiofilm" oùbactéries actives et mortes sont liées dans un réseau polysaccharidique.

1.2.2.2 - Les besoins en oxygène

Le processus d'élimination de la matière organique étant aérobie, il conduitclassiquement à la consommation d'oxygène et à la production de gaz carbonique etd'eau. De plus, la biosynthèse cellulaire ainsi que la respiration endogène sontconsommatrices d'oxygène.

La matière organique sera oxydée selon la réaction suivante :

1 mg de DCO + 1 mg d'02 > 1 mg CO2 + (H2 0)

La partie restante d'02 servira à la croissance du biofilm.

Le renouvellement du stock d'oxygène est primordial pour assurer l'oxydationcomplète et éviter le colmatage interne du massif. Trois mécanismes contribuent àce renouvellement : la convection, la diffusion moléculaire et l'apport par dilutiondans l'eau.

L'apport par dilution dans l'eau est obligatoirement limité à 10 mg/l et peut êtreconsidéré comme négligeable.

La dilution de l'oxygène est due à un gradient de concentration entre l'intérieur etl'extérieur du massif. Cette diffusion est lente (0,20 m/j) et n'est donc pasfondamentale pour la géoépuration.



Les échanges convectifs peuvent s'expliquer suivant différents mécanismes ;

- une convection thermique ;

- la ventilation naturelle ;

- la percolation de l'effluent, lorsqu'il est réparti séquentiellement, chasse unvolume d'air égal à l'accroissement du volume d'eau, et le diminution duvolume d'eau induit l'arrivée d'un volume d'air extérieur.

C'est ce dernier phénomènes qui est prépondérant et qui permet la réalimentationen oxygène du massif filtrant.

L'alimentation séquentielle (par bâchées) des bassins d'infiltration entraîne saconception en deux bassin juxtaposés (fig. 2) qui fonctionnent en alternance.

1,2.3 -L'AZOTE

1.2.3.1 - Le devenir de l'azote

Sur la terre, la majeure partie de l'azote est atmosphérique. Dans l'atmosphère ontlieu des réactions d'oxydo-réduction et la pluie peut renfermer de 0 à 2 mg/l de

N-NH4+ et de 0 à 3 mg/l de N-N03~. Les sources de pollution azotée sont les rejetsurbains (15 g^/eq.hab), l'agriculture et l'industrie minérale

On trouve l'azote dans les effluents urbains sous plusieurs formes :

- azote minéral : NH4"'', N02~ et NOs" peu abondant ;

- azote organique : forme biologique (R-NH2).

1.2.3.2 ' L'évolution de l'azote

L'azote ammoniacal peut être fixé dans le sol par filtration sur le sable, paradsorption ou bien stocké dans l'eau résiduelle. Mais tout mouvement d'eau va leremobiliser.

L'azote organique est rapidement ammonifié.

L'azote ammoniacal est éliminé en deux étapes successives :

a) la nitrification

Elle a lieu dans les zones aérobies ; il s'agit d'une oxydation de la totalité de l'azoteammoniacal en nitrites puis en nitrates :



Les échanges convectifs peuvent s'expliquer suivant différents mécanismes ;

- une convection thermique ;

- la ventilation naturelle ;

- la percolation de l'effluent, lorsqu'il est réparti séquentiellement, chasse unvolume d'air égal à l'accroissement du volume d'eau, et le diminution duvolume d'eau induit l'arrivée d'un volume d'air extérieur.

C'est ce dernier phénomènes qui est prépondérant et qui permet la réalimentationen oxygène du massif filtrant.

L'alimentation séquentielle (par bâchées) des bassins d'infiltration entraîne saconception en deux bassin juxtaposés (fig. 2) qui fonctionnent en alternance.

1,2.3 -L'AZOTE

1.2.3.1 - Le devenir de l'azote

Sur la terre, la majeure partie de l'azote est atmosphérique. Dans l'atmosphère ontlieu des réactions d'oxydo-réduction et la pluie peut renfermer de 0 à 2 mg/l de

N-NH4+ et de 0 à 3 mg/l de N-N03~. Les sources de pollution azotée sont les rejetsurbains (15 g^/eq.hab), l'agriculture et l'industrie minérale

On trouve l'azote dans les effluents urbains sous plusieurs formes :

- azote minéral : NH4"'', N02~ et NOs" peu abondant ;

- azote organique : forme biologique (R-NH2).

1.2.3.2 ' L'évolution de l'azote

L'azote ammoniacal peut être fixé dans le sol par filtration sur le sable, paradsorption ou bien stocké dans l'eau résiduelle. Mais tout mouvement d'eau va leremobiliser.

L'azote organique est rapidement ammonifié.

L'azote ammoniacal est éliminé en deux étapes successives :

a) la nitrification

Elle a lieu dans les zones aérobies ; il s'agit d'une oxydation de la totalité de l'azoteammoniacal en nitrites puis en nitrates :


33

îCO

5

Co

§

to

BASSINEN ACTION

BASSINAU REPOS

CHEMINEES D'AERATION

MATIERE ORGANIQUE ° 2

PARTICULAIRE

MATIERE ORGANIQUE

DISSOUTEBACTERIESAEROBIES

EFFLUENT EPURE

o

tn

5"Q.tD

* QCÏK

O

"OcSÔ=1



- Nitritation (par Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosocystis) :

NH| + 302 -^ H2O + 2H+ + NO2

- Nitratation (par Miroôacier) :

N02-hlO2->N03

b) la dénitrifîcation

Elle s'effectue plus en profondeur, là où les conditions sont anaérobies.

Les nitrates formés lors de la nitrification sont transformés en azote N2, grâce àl'intervention de bactéries hétérotrophes anaérobies (Pseudomonas,Achromobacter, Bacillus et Micrococcus) :

C6H12O6 + 4 NOa^ > 2 N2 + 6 H2O + -1-6 CO2

L'azote gazeux est ensuite éHminé par diffusion.

Seul 30 à 50% de l'azote total est éliminé. Le reste est rejeté dans l'eau sous formede nitrates.

1.2.4 - LES MICRO-ORGANISMES

Plusieurs phénomènes permettent de réduire la quantité de micro-organismes del'effluent :

- l'adsorption ;

- la dégradation microbienne : parasitisme, prédation, compétition nutritive,production d'antibiotiques... ;

- la filtration mécanique, si la taille des pores est sufflsamment petite.

L'action conjuguée de ces différents processus permet de diviser la pollutionbactérienne par 1000.

1.2.5 - LES BESOINS EN OXYGÈNE

La quantité d'oxygène disponible est un facteur limitant pour la géoépuration. Elledoit en effet suffire aux réactions d'oxydation et à la respiration des micro¬organismes épurateurs présents.



- Nitritation (par Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosocystis) :

NH| + 302 -^ H2O + 2H+ + NO2

- Nitratation (par Miroôacier) :

N02-hlO2->N03

b) la dénitrifîcation

Elle s'effectue plus en profondeur, là où les conditions sont anaérobies.

Les nitrates formés lors de la nitrification sont transformés en azote N2, grâce àl'intervention de bactéries hétérotrophes anaérobies (Pseudomonas,Achromobacter, Bacillus et Micrococcus) :

C6H12O6 + 4 NOa^ > 2 N2 + 6 H2O + -1-6 CO2

L'azote gazeux est ensuite éHminé par diffusion.

Seul 30 à 50% de l'azote total est éliminé. Le reste est rejeté dans l'eau sous formede nitrates.

1.2.4 - LES MICRO-ORGANISMES

Plusieurs phénomènes permettent de réduire la quantité de micro-organismes del'effluent :

- l'adsorption ;

- la dégradation microbienne : parasitisme, prédation, compétition nutritive,production d'antibiotiques... ;

- la filtration mécanique, si la taille des pores est sufflsamment petite.

L'action conjuguée de ces différents processus permet de diviser la pollutionbactérienne par 1000.

1.2.5 - LES BESOINS EN OXYGÈNE

La quantité d'oxygène disponible est un facteur limitant pour la géoépuration. Elledoit en effet suffire aux réactions d'oxydation et à la respiration des micro¬organismes épurateurs présents.



L'oxygénation du massif filtrant est assurée par :

— l'effet de piston provoqué par le passage des lames d'eau successives ;

— la diffusion (échanges entre le massif et l'atmosphère) ;

— le système d'aération (drains espacés de 2 m communiquant avec l'extérieurpar des cheminées (figure 3 ) .

Flg. 3 - Système d'aération sur la station pilote de géoépuration d'Orléans-la-Source (drains espacés de 50 c m ) .

1.3 - CRITIQUE DE LA GEOEPURATION

1.3.1-AVANTAGES

H s'agit d'une méthode naturelle, "rustique", facile à réaliser, et dont le coût defonctionnement est relativement peu élevé.Elle permet d'obtenir des effluents de bonne qualité (en particulier bactériologique)qui peuvent ensuite être réutilisés pour l'irrigation dans les zones déficitaires, oubien rejetées dans le milieu, tout en garantissant la protection des zones sensibles(captages, baignades, conchyliculture).



1.3.2 - INCONVENIENTS

La géoépuration nécessite des surfaces de terrain importantes (bien que dix foisinférieures à celles exigées pour le lagunage) :

1 m^ par équivalent habitant en traitement secondaire ;

0,5 m^ par équivalent habitant en traitement tertiaire.

De plus, l'azote qui n'est pas éliminé subsiste uniquement sous forme de nitrates etest rejeté dans le milieu naturel.

Rapport BRGM R 3403 14S-ENV91 15


1.3.2 - INCONVENIENTS

La géoépuration nécessite des surfaces de terrain importantes (bien que dix foisinférieures à celles exigées pour le lagunage) :

1 m^ par équivalent habitant en traitement secondaire ;

0,5 m^ par équivalent habitant en traitement tertiaire.

De plus, l'azote qui n'est pas éliminé subsiste uniquement sous forme de nitrates etest rejeté dans le milieu naturel.



2 • LES COLLECTIVITÉS LOCALES • LA LEGISLATION

2.1 • LE RÔLE DE LA COLLECTIVITÉ LOCALE

Elle doit "assurer l'évacuation des eaux... dans des conditions qui respectent lesobjectifs fixés pour le maintien et l'amélioration de la qualité des milieuxrécepteurs... La collectivité doit à cette fin établir un programme d'assainissementet poursuivre sa réalisation tant pour redresser la situation présente que pours'adapter de façon continue à l'évolution des choses" W (figure 4).

Flg. 4 - Etablissement d'un programme d'assainissement.

2.2 - POURQUOI ÉPURER?

"L'altération des milieux naturels, voire simplement les déséquilibres qui y sontintroduits, ont non seulement des effets immédiats sur les diverses utilisations del'eau, mais aussi des effets à long terme, parfois irréversibles à l'échelle de la viehumaine" <2) (figure 5).

: Circulaire du 10 juin 1976.

Rapport BRGM R 34031 4S-ENV 91

Circulaire du 10 juin 1976.

16


Fig. 5 - Les usages de Peau.

Les usages de Veau

L'épuration doit permettre de réduire la pollution (figure 6) contenue dans les eauxrésiduaires avant leur rejet, et donc de maintenir ou d'améliorer la qualité deseaux du milieu récepteur, afin qu'elles satisfassent aux exigences de :

- la santé publique ;

- l'alimentation en eau potable ;

- l'agriculture, l'industrie des transports et toutes autres activités humainesd'intérêt général ;

- la vie biologique et spécialement la faune piscicole, les gisements naturels decoquillages, les parcs d'élevage et établissements conchylicoles ;

- les loisirs, sports nautiques... ;

- la protection des sites ;

- la conservation et l'écoulement des eaux.



Flg. 6 - Réduction de la pollution.

Les objectifs de qualité

Cependant, la qualité de l'eau nécessaire est plus ou moins importante selonl'usage que l'on veut en faire.

Des objectifs de qualité sont donc fixés à l'échelle du département ; ils permettentde définir les niveaux de qualité des cours d'eau, canaux, lacs et étangs, en fonctionde leurs usages et de leur vocation.

Le niveau d'épuration des eaux usées doit être compatible avec ces objectifs.

Sensibilité du milieu

Le niveau de traitement dépend aussi de la sensibilité du milieu récepteur (figure7) ; plus elle est grande et plus le traitement doit être rigoureux <3 \

Les milieux peuvent être particulièrement sensibles :

- en eux-mêmes : si le renouvellement de Teau est peu rapide par exemple ;

- par l'utilisation dont ils sont susceptibles de faire l'objet.

: Directive du 21 mai 1991.



Ces milieux exigent une protection spéciale ; ils bénéficient donc de conditions derejet beaucoup plus strictes. Le respect des nonnes de rejet (qui sont de plus enplus sévères) implique souvent la construction de stations d'épuration, ou la miseen place d'un traitement de finition sur les stations déjà existantes.

Flg. 7 - Sensibilité des milieux.

D e plus, l'amélioration des milieux récepteurs doit conduire dans de nombreux casà relever les exigences de traitement pour l'avenir M .

U n e petite c o m m u n e peut donc être amenée à mettre en place un traitementpoussé de ses eaux usées. Elle doit alors chercher une solution adaptée à lasensibilité du milieu, et dont le coût économique est raisonnable. Il faut noterqu'une économie sensible peut résulter de la rusticité et de la facilité d'exploitationdu procédé choisi.

(4) : Circulaire du 10 juin 1976.



2.3 - UNE SOLUTION : LA GEOEPURATION

La géoépuration est une technique "rustique" qui peut être utilisée soit à la placed'un traitement classique, soit c o m m e traitement de finition (figures 8 et 9).

Elle consiste à infiltrer les eauxusées à travers un massif de sable.La filtration et l'action des micro-organismes présents dans le sablepermettent d'éliminer la majeurepartie de la pollution.

Les performances épuratoiresobtenues (en particulier du point devue bactériologique) font de lagéoépuration une technique adaptéeà la protection des zones sensibles.

Cependant, ce procédé simple nepeut être réalisé que si certainesconditions sont respectées ; avantd'entreprendre la mise en place d'unsite de géoépuration, il convientdonc :

— d'étudier la perméabilité duterrain ;

- de prendre en compte lagéochimie des sols et de l'eau.

Flg. 8 - La géoépuration.

RapportBRGM R34031 4S-ENV91 20


BRGM




3 • PRISE EN COMPTE DE LA PERMÉABILITÉ

3.1 - POURQUOI MESURER LA PERMÉABILITÉ?

Pour savoir si l'infiltration de l'eau épurée dans le sol est possible :

- si le sol est imperméable, ou s'il existe une couche imperméable, l'infiltrationn'est pas possible ;

- si le sol est peu perméable, l'infiltration est difficile, et l'eau risque alors deprovoquer une remontée de la nappe qui peut poser de graves problèmes :

• fissurations, soulèvement de constructions,• gonflement de certains sols argileux,• glissements de terrain,• résurgence : apparition de "sources" aux bords de plages par exemple,• inondation de sous-sols, parkings...,• pollution de captages d'eaux destinées à l'alimentation,• remontée au niveau d'un lac pouvant provoquer son eutrophisation.

L a mesure de la perméabilité(exemples tableau 1) permetensuite de calculer le niveaum a x i m a l de remonté de lanappe. Ce calcul doit être fait entenant compte du gonflementnaturel de la nappe, qui a lieuen hiver (pluies) (figure 10).

Flg. 10 - Remontée des nappes.

L'infiltration n'est envisageable que si la perméabilité est supérieure à 10 m m / h .Cependant, la remontée de la nappe est d'autant plus importante que laperméabilité est faible. Dans certains cas, en particulier quand la nappe estproche, il est nécessaire d'avoir des perméabilités supérieures.



Valeur de K ( m m / h )(test de percolationà niveau constant)

HYDROMORPHIE

500 à 50

Type de sol sableux

sol très perméable

50 à 20

sol sablo-limoneux

moyennementperméable

20 à 10

sol limoneux

perméabilitémédiocre

1 0 à 6

limon argileux

très peu perméable

Tableau 1 - Valeurs de perméabilité.

3.2 • QUELLES MESURES EFFECTUER?

Il faut connaître la perméabilité de chaque couche de terrain (figure XI) situéeentre la surface et la nappe, ainsi que la perméabilité du sol dans la nappe.

Flg. Il - Mesure de perméabilité.

Mesures à faible profondeur

Des fosses de 1,5 m de profondeur permettront de déterminer :

— la perméabilité grâce à la méthode des doubles anneaux ;

- le faciès précis du terrain (coupe géologique).



Méthode des doubles anneaux (figure12) : il s'agit de mesurer l'infiltrationd'une lame d'eau dans l'anneauinterne, le rôle de l'anneau externeétant de maintenir vertical le flux issude l'anneau interne. Après une phasetransitoire de saturation, on mesvire ledébit Q.

D'après la loi de Darcy :

Q=SxKxH

Q : débit (m^/s)S : surface mouillée (m^)K : perméabilité (m/s)H : hauteur d'eau (m)

Fig. 12 Méthode du double anneau.

La hauteur d'eau reste constante, on peut donc déterminer :

K: QS. H

m/s

Mesures en profondeur

Pour cela, il est nécessaire de faire un forage atteignant la nappe phréatique. Ilpermettra de :

- connaître la coupe géologique ;

- mesurer la perméabilité des différentes couches de sol situées au-dessus de lanappe et dans la nappe. Ces mesures peuvent être effectuées grâce à laméthode Lefranc,

Méthode Lefranc :

mesure dans le sol non saturé (au-dessus de la nappe, figure 13) :

On verse de l'eau dans le tube à débit Q constant ; l'eau est absorbée au niveau de

la lanterne. Quand l'état d'équilibre est atteint (saturation du terrain), la hauteiu:de l'eau dans le tube est invariable. On peut alors calctiler :

K=_ QS. H

m/s

Pour garantir la valeur de K, il est nécessaire de faire cette mesure à différents débits.



Méthode des doubles anneaux (figure12) : il s'agit de mesurer l'infiltrationd'une lame d'eau dans l'anneauinterne, le rôle de l'anneau externeétant de maintenir vertical le flux issude l'anneau interne. Après une phasetransitoire de saturation, on mesvire ledébit Q.

D'après la loi de Darcy :

Q=SxKxH

Q : débit (m^/s)S : surface mouillée (m^)K : perméabilité (m/s)H : hauteur d'eau (m)

Fig. 12 Méthode du double anneau.

La hauteur d'eau reste constante, on peut donc déterminer :

K: QS. H

m/s

Mesures en profondeur

Pour cela, il est nécessaire de faire un forage atteignant la nappe phréatique. Ilpermettra de :

- connaître la coupe géologique ;

- mesurer la perméabilité des différentes couches de sol situées au-dessus de lanappe et dans la nappe. Ces mesures peuvent être effectuées grâce à laméthode Lefranc,

Méthode Lefranc :

mesure dans le sol non saturé (au-dessus de la nappe, figure 13) :

On verse de l'eau dans le tube à débit Q constant ; l'eau est absorbée au niveau de

la lanterne. Quand l'état d'équilibre est atteint (saturation du terrain), la hauteiu:de l'eau dans le tube est invariable. On peut alors calctiler :

K=_ QS. H

m/s

Pour garantir la valeur de K, il est nécessaire de faire cette mesure à différents débits.



•&.-,*• - • ?

Flg. 13 - Mesure dans le sol.

• mesure dans le sol saturé (dans la nappe, figure 14) :

O n utilise le m ê m e dispositif ;cependant l'eau n'est pas injectéedans le forage, mais au contrairepompée dans la nappe. O n mesurealors la différence de hauteur d'eauentre le niveau naturel de la nappe etle niveau de l'eau dans le tube pourun débit Q connu.

O n en déduit K de la m ê m e façon.

Nombre de mesures par unité desurface :

— deux mesures pour 500 m 2 si leterrain est homogène.

- deux mesures pour chaque typede sol si le terrain n'est pashomogène.

Fig. 14 - Mesure dans la nappe.



4 - PRISE EN COMPTE DE LA GEOCHIMIE

Cette approche de la géochimie aura toute son utilité en cas de réinjection ennappe des eaux usées épurées. Dans ce cas, en effet, il est à craindre desinteractions entre la qualité de l'eau infiltrée et le faciès chimique du sous-sol.

4.1 - LES EAUX DE DISTRIBUTION

Seuls ont été pris en compte, pour les eaux de distribution, les deux paramètres lesplus souvent considérés et analysés : le carbonate de calcium et le fer, car ce sontceux qui potentiellement vont être les plus gênants au niveau d'un réseau dedistribution.

4.1.1 - NOTION DE DURETE

L'eau, lors de son cheminement à travers le sol et les roches, se charge en selsminéraux et en gaz (oxygène et gaz carbonique).

Elle entraîne, lors de la traversée des roches sédimentaires calcaires (carbonate de

calcium), des ions calcium et magnésium qui constitueront principalement ladureté de l'eau.

Par contre, les eaux agressives qui ont ruisselé à travers les roches primaires des

massifs montagneux anciens (Massif central, armoricain et vosgien) ou à traversdes sables sont faiblement minéralisées et douces.

Les figures suivantes (15 et 16) montrent que l'agressivité est directement liée à lanature géologique des terrains dont est originaire l'eau, en effet, on peut noter queles régions à eau dure sont des régions où les terrains calcaires prédominent(régions Poitou-Charente, Aquitaine, etc.). En revanche, les régions où l'eau estagressive sont les régions à substrat cristallin.

4.1.2 - INFLUENCE DU FER

La présence du fer dans les eaux peut être attribuée à deux causes principales :

- dissolution de roches et de minéraux contenus dans le sous-sol ou les terrainssuperficiels ;

- libération en milieu réducteur des produits de la dégradation des végétaux etdes matières organiques.



4 - PRISE EN COMPTE DE LA GEOCHIMIE

Cette approche de la géochimie aura toute son utilité en cas de réinjection ennappe des eaux usées épurées. Dans ce cas, en effet, il est à craindre desinteractions entre la qualité de l'eau infiltrée et le faciès chimique du sous-sol.

4.1 - LES EAUX DE DISTRIBUTION

Seuls ont été pris en compte, pour les eaux de distribution, les deux paramètres lesplus souvent considérés et analysés : le carbonate de calcium et le fer, car ce sontceux qui potentiellement vont être les plus gênants au niveau d'un réseau dedistribution.

4.1.1 - NOTION DE DURETE

L'eau, lors de son cheminement à travers le sol et les roches, se charge en selsminéraux et en gaz (oxygène et gaz carbonique).

Elle entraîne, lors de la traversée des roches sédimentaires calcaires (carbonate de

calcium), des ions calcium et magnésium qui constitueront principalement ladureté de l'eau.

Par contre, les eaux agressives qui ont ruisselé à travers les roches primaires des

massifs montagneux anciens (Massif central, armoricain et vosgien) ou à traversdes sables sont faiblement minéralisées et douces.

Les figures suivantes (15 et 16) montrent que l'agressivité est directement liée à lanature géologique des terrains dont est originaire l'eau, en effet, on peut noter queles régions à eau dure sont des régions où les terrains calcaires prédominent(régions Poitou-Charente, Aquitaine, etc.). En revanche, les régions où l'eau estagressive sont les régions à substrat cristallin.

4.1.2 - INFLUENCE DU FER

La présence du fer dans les eaux peut être attribuée à deux causes principales :

- dissolution de roches et de minéraux contenus dans le sous-sol ou les terrainssuperficiels ;

- libération en milieu réducteur des produits de la dégradation des végétaux etdes matières organiques.


PBPfl Alluvionsf 1 Sablesfc¿j|| Calcair»

fcjljüi Formations sablo-argileuses

E ^ [ Craie

H¿£ l Roches cristallines

I | Zones complexes


Flg. 15 - Carte schématique defades Uthologtques.

Eau très douce < 5*F

Eau douce 5 à 15 °F

Eau moyennement dure 15 à 30 °F

Eau dure 30 °F et plus

1 1 Pas de données

Flg. 16 - Carte de dureté de l'eau de distribution. k ; - &

Rapport BRGM R 34031 4S-ENV 91


Le fer, dans l'eau de distribution, étant un problème uniquement local, les donnéessont trop parcellaires pour en tirer une cartographie rigoureuse.

Bien que la présence de fer ne soit pas dangereuse pour l'organisme humain, de

trop grandes quantités sont à éviter pour une question de goût et de distribution.Par exemple, la présence de fer va permettre le développement de bactéries quicréeront des encroûtements dans les réseaux de distribution, entraînant des pertesde charge et le colmatage des canalisations.

4.2 - LES EAUX RESIDUAIRES

Il n'existe pas de variations fondamentales du faciès hydrogéochimique entre uneeau de distribution et une eau usée. On observe toutefois une augmentation decertains paramètres due aux réactions biologiques, comme une augmentation de

l'acidité due à une production de gaz carbonique par les bactéries..

4.3 - LES NAPPES LIBRES

Les principales nappes libres de France n'ont pas une répartition homogène. Celainflue sur leur chimisme. La figure 17 montre cette répartition.

4.3.1 - FACIES CHIMIQUES DES AQUIFÈRES

La notion de faciès chimiques est une convention établie en considérant l'anion etle cation prédominants.

La carte des faciès chimiques (figure 18) montre neuf faciès combinés et un dernierfaciès caractérisant une eau peu minéralisée.

On peut remarquer que chaque nappe possède les caractéristiques chimiquesdominantes de son réservoir.

4.3.2 - APTITUDE A LA CORROSION

L'aptitude à la corrosivité de l'eau ou au contraire son agressivité est directementliée à la nature des terrains à travers lesquels elle chemine.



Le fer, dans l'eau de distribution, étant un problème uniquement local, les donnéessont trop parcellaires pour en tirer une cartographie rigoureuse.

Bien que la présence de fer ne soit pas dangereuse pour l'organisme humain, de

trop grandes quantités sont à éviter pour une question de goût et de distribution.Par exemple, la présence de fer va permettre le développement de bactéries quicréeront des encroûtements dans les réseaux de distribution, entraînant des pertesde charge et le colmatage des canalisations.

4.2 - LES EAUX RESIDUAIRES

Il n'existe pas de variations fondamentales du faciès hydrogéochimique entre uneeau de distribution et une eau usée. On observe toutefois une augmentation decertains paramètres due aux réactions biologiques, comme une augmentation de

l'acidité due à une production de gaz carbonique par les bactéries..

4.3 - LES NAPPES LIBRES

Les principales nappes libres de France n'ont pas une répartition homogène. Celainflue sur leur chimisme. La figure 17 montre cette répartition.

4.3.1 - FACIES CHIMIQUES DES AQUIFÈRES

La notion de faciès chimiques est une convention établie en considérant l'anion etle cation prédominants.

La carte des faciès chimiques (figure 18) montre neuf faciès combinés et un dernierfaciès caractérisant une eau peu minéralisée.

On peut remarquer que chaque nappe possède les caractéristiques chimiquesdominantes de son réservoir.

4.3.2 - APTITUDE A LA CORROSION

L'aptitude à la corrosivité de l'eau ou au contraire son agressivité est directementliée à la nature des terrains à travers lesquels elle chemine.



Flg. 17 - Répartition des principales nappes libres.

IM4pp*ft dfli furrnar ¿Cfll itgil-c

Flg. 18 - Carte des faciès chimiques.

biearsoiMt* cilelqu*

tuUit* C I I C K ^ I

chloruc* calelqu«

blcirbonac«

»ulfat* (odl

bkearboiutt

• |



La figure 19 montre l'aptitude à la corrosion des eaux des principaux aquifèresrégionaux à nappes libres.

où i tptLLuûc k ii

••nCB dt donné«»

FIg. 19 - Aptitude à la corrosion deseaux des principaux aquifèresrégionaux a nappes Ubres.

4.3.3 - COLMATAGE CHIMIQUE

L'eau de distribution n'ayant pas nécessairement le m ê m e faciès hydrogéochimiqueque la première nappe rencontrée (nappe libre) après infiltration, l'eau infiltrée nesera donc pas en équilibre avec l'encaissant.

A plus ou moins long terme, il pourra y avoir une dissolution qui augmentera lesvitesses de percolation, ou un colmatage par précipitation de carbonate de calciumdans le cas contraire.

Le fer peut poser certains problèmes ; en effet, il y a précipitation d'oxydes etd'hydroxydes ferriques quand l'oxygénation est importante.

RapportBRGM R34031 4S-ENV91 30


4.4 - EVALUATION DU RISQUE GÉOCHIMIQUE

La prise en compte de l'ensemble des interactions entre l'eau infiltrée et la naturedu sous-sol permet l'élaboration d'une carte de risques géochimiques engéoépuration (figure 20) et d'un tableau explicatif (tableau 2). Chaque applicationpourra y être reportée pour y examiner les risques encourus.

• Dans le cas d'un risque de colmatage interne du massif par précipitation, cephénomène peut survenir dans deux cas :

- dans la zone de battement de la nappe. Cela entraîne une mise sous pressionlocale de la nappe, conduisant à la création d'une nappe perchée au droit dusite d'infiltration ou un dôme saturé, donc la diminution de la hauteur de lazone non saturée,

- dans la zone non saturée sus-jacente. Cela entraîne une baisse de la porositéet de la perméabilité, d'où une stagnation de la lame d'eau sur les plagesd'infiltration.

Flg. 20 - Carte des risques en géoépuration.

Dissolution

Dans le cas d'une dissolution, elle peut être :

- importante, entraînant des tassements différentiels des ouvrages,

- moyenne à faible, favorisant une réduction du diamètre des grains et destassementslégers avec dearéajustementsgrains à grains.Cela est dû à lapression quiinduit uneréduction de laporosité. A lalongue, cela a lem ê m e effet quele colmatage.

| [

D Région où co-*xl»t«ntdeux possibilités

»83 <*•• d« donné««



Régions

AlsaceAquitaineAuvergneBasse

NormandieBourgogneBretagneCentreChampagneFranche-ComtéIle-de-FranceLimousinLanguedocLorraineMidi - PyrénéesNordPays de la LoirePicardiePoitou - CharenteProvence - Alpes -

Côtc-d'AzurRhône - Alpes

Qualité de l'eau(1)

0-55-300-15

15-305-305-1515-30

7

>3015-300-155-150-5

7

15-3015-300-1515-30

5-305-30

Faciès lithologique

AlluvionsSables/cale.Cristallin

CraieCalcaireCristallin

Craie/cale.Craie

CalcaireSables

CristallinComplexe

GrèsComplexeComplexe

Calc/alluvionsCraie

Calcaire

ComplexeComplexe

Faciès de la nappe(2)

type 1

type 1

type 4

type 1

type 1

type 3

type 1

type 1

type 1

type 2type 4

type 1

variable ^

variabletype 1

type 1

type 1

type 1

type 1/2type 1 / 4

Risques(3)

DissolutionColmatagePas de risque

Pas de risqueDissolutionDébut de colmatagePas de risque7

Début de colmatageColmatagePas de risqueRisque de dissol.Pas de risque?

Pas de risquePas de risqueDissolutionPas de risque

ColmatageDissol./ colmatage

LEGENDE

(1) : Notion de dureté de l'eau infilu-ée< 5° F eau très corrosive5-15" F eau corrosive15-30° F eau moyennement incrustante30" F et plus eau incrustante

(2) : Faciès hydrochimiques des nappes librestype 1 bicarbonaté calciquetype 2 sulfaté calciquetype 3 bicarbonaté chloruré calco - sodiquetype 4 peu minéralisé

(3) : Risques en cas de géoépurationDissolution (Dissol.)ColmatagePas de risque? pas de données suffisantes

Tabl. 2 - Tableau explicatif des risques géochlmiques.



Régions

AlsaceAquitaineAuvergneBasse

NormandieBourgogneBretagneCentreChampagneFranche-ComtéIle-de-FranceLimousinLanguedocLorraineMidi - PyrénéesNordPays de la LoirePicardiePoitou - CharenteProvence - Alpes -

Côtc-d'AzurRhône - Alpes

Qualité de l'eau(1)

0-55-300-15

15-305-305-1515-30

7

>3015-300-155-150-5

7

15-3015-300-1515-30

5-305-30

Faciès lithologique

AlluvionsSables/cale.Cristallin

CraieCalcaireCristallin

Craie/cale.Craie

CalcaireSables

CristallinComplexe

GrèsComplexeComplexe

Calc/alluvionsCraie

Calcaire

ComplexeComplexe

Faciès de la nappe(2)

type 1

type 1

type 4

type 1

type 1

type 3

type 1

type 1

type 1

type 2type 4

type 1

variable ^

variabletype 1

type 1

type 1

type 1

type 1/2type 1 / 4

Risques(3)

DissolutionColmatagePas de risque

Pas de risqueDissolutionDébut de colmatagePas de risque7

Début de colmatageColmatagePas de risqueRisque de dissol.Pas de risque?

Pas de risquePas de risqueDissolutionPas de risque

ColmatageDissol./ colmatage

LEGENDE

(1) : Notion de dureté de l'eau infilu-ée< 5° F eau très corrosive5-15" F eau corrosive15-30° F eau moyennement incrustante30" F et plus eau incrustante

(2) : Faciès hydrochimiques des nappes librestype 1 bicarbonaté calciquetype 2 sulfaté calciquetype 3 bicarbonaté chloruré calco - sodiquetype 4 peu minéralisé

(3) : Risques en cas de géoépurationDissolution (Dissol.)ColmatagePas de risque? pas de données suffisantes

Tabl. 2 - Tableau explicatif des risques géochlmiques.



CONCLUSION

La géoépuration est un procédé qui, en tant que traitement secondaire, est bienadapté aux communes rurales : très bonne qualité de traitement, faible coût defonctionnement, surface au sol raisonnable. E n tant que traitement tertiaire, ilpermet de répondre à de fortes exigences en matière de qualité de rejet, ceci avecdes surfaces au sol acceptables pour de petites villes (figure 21).

U n e étude particulière doit cependant être menée avant la mise en place d'un sitede géoépuration.

Cette technique, simple et efficace, devrait largement se développer dans lesannées à venir étant donné l'évolution de la législation française et européenneconcernant la protection des milieux récepteurs.

Flg. 21 • U n assainissement bien adapté.



BIBLIOGRAPHIE

LÉGISLATION

- Code permanent de l'environnement,

Guide juridique de l'assainissement (Service technique de l'Urbanisme).

Journaux Oflîciels France et Europe.

Guide de l'Eau.

Acte des Premières Journées Nationales de l'Eau 1990.

PERMÉABILITÉ - REMONTÉE DES NAPPES

- Mode opératoire des perméamètres, version 1987 (Rap.. BRGM R 17655).

- L'assainissement individuel, principes et techniques actuelles. Agence de BassinLoire-Bretagne, 1980.

- Sondage et reconnaissance hydrogéologique - méthode du marteau fond de trou.Manuels et Méthodes, ed, BRGM,

MARTIN P, (1961) - Les essais de perméabilité dans les sondages (méthodeLefranc), L'eau, juin 1961, p, 217-221.

-FRAPPA M. (1967) - Adaptation de la méthode Lefranc à la mesure de laperméabilité des sols non saturés.

JAYET B. - Epuration des eaux usées urbaines par infiltration - percolation :

étude sur colonne de la charge maximale acceptable en l'absence de structuresdiffusives dans les milieux poreux.

- MÉOT B, - Les eaux usées urbaines, réglementation des rejets urbains,traitement de finition par géoépuration,

GEOCHIMIE

- ADAMSKI M., LESAVRE J. (1989) - Les bassins d'infiltration. Recensement des

sites et des techniques employées. CREATE. Agence de Bassin Seine - Normandie.

Rapport BRGM R 3403 1 4S-ENV9 1 34


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- SCHMITT A. (1989) - Modélisation de l'épuration par infiltration. Thèse,Sciences de l'eau et aménagement, Univ. Sci. et techniques du Languedoc, 286 p.



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