Usine de production de Lutry

En août 2000, mise en service et en exploitation de la nouvelle usine de production de Lutry , pour une capacité de 30’000 li-tres/minute (ou 0.5 m3/s). En octobre 2002, mise en service et en exploitation de la seconde étape des équipements de fil-tration augmentant la capacité de production à 48’000 litres/minute (ou 0.8 m3/s).Le 29 novembre 2001, mise hors service définitive de l’ancien-ne station de pompage de Lutry, dont la capacité de production était de 43’000 litres/minute (ou 0.72 m3/s).

04-05 L’usine de traitement de l’eau

06-07 La qualité de l’eau

08-09 La prise d’eau brute

10-11 Les préfiltres

12-17 La filtration membranaire

18-19 La désinfection

20-21 La station de pompage

22-23 Le traitement des eaux de lavage

24-25 En conclusion

26- / Principaux participants à la conception et à la construction

sommaire

TRAI

TEM

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En 1931, à la suite de la pénurie d’eau des années sèches de 1928 et 1929, la Ville de Lausanne décide de construire une usine de fi ltration et de pompage à Lutry. Cette usine, mise en service en 1932, est agrandie en 1952. Après quasi septante ans d’activité, ses équipements sont obsolètes.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

En 1990, un premier projet de construction d’une nouvelle usine avec une chaîne de traitement d’eau classique est lancé. En cours d’étude, de nouvelles technologies prometteuses commencent à émerger. Le projet est revu et des variantes chiffrées sont proposées.

En 1997, le choix se porte fi nalement sur une chaîne de traitement utilisant le procédé de fi ltration membranaire par ultrafi ltration. Cette solution offre une garantie de qualité de l’eau produite conforme aux nouvelles normes et exigences européennes. De plus, elle réduit consi-dérablement le volume construit.

Le Conseil communal de Lausanne, dans sa séance du 3 juin 1997, ac-corde à la Municipalité un crédit de 64.4 millions de francs par l’adop-tion du préavis pour le remplacement des moyens de production d’eau à Lutry, la construction d’une conduite de refoulement entre Lutry et La Croix-sur-Lutry et d’un réservoir avec une station de pompage à La Croix-sur-Lutry. Dans ce montant 40 millions sont prévus pour l’étude et la construction d’une nouvelle usine de production d’eau à Lutry.

La chaîne de traitement de la nouvelle usine comprend une préfi ltra-tion, une fi ltration membranaire et une désinfection fi nale. Le débit actuel est de 48’000 litres/minute (0.8 m3/s). Les structures de génie civil, en l’état actuel de la technique, sont dimensionnées pour un débit de production de 90’000 litres/minute (1.5 m3/s) de même que les équipements hydrauliques. L’ensemble de l’usine est géré de manière automatique.

L’usine est souterraine et recouverte de vignes, pour tenir compte des contraintes liées à l’environnement du territoire et en particulier pour préserver le site historique de la tour de Bertholod.

L’usine de traitement de l’eau

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Eau de rétrolavage

Lac

Caractéristiques de l’eau du lacL’eau traitée est prélevée à une profondeur de 60 m. C’est une zone peu influencée par les fluctuations saisonnières, d’où une température relativement constante tout au long de l’année.

Les composants principaux de l’eau se répartissent en :

• éléments physiques naturels tels que matières en suspension, boues, limon ;• substances chimiques naturelles telles que l’oxygène dissous, la dureté, les sels dissous comme le calcium, magnésium, sodium, potassium, chlorures, sulfates ;• substances chimiques provenant de rejets humains, agricoles ou industriels. Parmi ces derniers on trouve des substances aux propriétés fertilisantes comme l’ammonium, les nitrites ou les nitrates, de même que le phosphore provenant des lessives, engrais ou matières fécales. Mais on trouve également parfois des composés toxiques en très faible quantité comme les métaux lourds, les pesticides, les hydrocarbures, etc.

L’eau contient également toute une partie d’éléments vivants tels que les algues, le plancton (végétal ou animal), les bactéries et les virus.

Tableau des principales caractéristiques physico-chimiques :

La qualité de l’eau

Mesures en continu de la qualité de l’eau Des appareils de mesure analysent en continu les caractéristiques de l’eau brute prise à l’en-trée de l’usine et de l’eau traitée à la sortie des blocs d’ultrafiltration. Pour l’eau brute, il s’agit des mesures de paramètres suivants : carbone organique total (COT), turbidité, température, pH, extinction UV. Pour l’eau traitée : chlore résiduel, pH, comptage de particules, turbidité, extinction UV.

Qualité de l’eau traitée A la sortie de l’usine, la qualité de l’eau répond aux exigences fixées au niveau suisse par la Loi sur les denrées alimentaires, et au niveau euro-péen par la directive « Eau potable ».Notre laboratoire effectue régulièrement des contrôles dans le but de garantir au consomma-teur une eau potable irréprochable.

Paramètre Unité Lac Léman

Turbidité FTU 1.5Température °C 6.4pH 7.7Conductivité à 25°C μS/cm 270Dureté totale °français 14.5Calcium (Ca) mg/l 47.6Magnésium (Mg) mg/l 6.4Sodium (Na) mg/l 6.5Potassium (K) mg/l 1.6Hydrogénocarbonates mg/l 108.6Sulfate (SO4) mg/l 8.8Chlorure (Cl) mg/l 48.9Nitrate (NO3) mg/l 2.6Nitrites (NO2) mg/l 0.003Phosphates (PO4) mg/l 0.023COT mg C/l 0.9Oxygène dissous mg/l 20.3

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Station de mesure en continu

L’eau brute est puisée à 460 m au large de la rive et à 60 m de profondeur à travers une crépine d’aspiration en treillis d’acier inoxydable dont les mailles ont 10 mm de côté. Elle repose par 70 m de fond et mesure 10 m de haut, permet-tant ainsi de prendre l’eau en profondeur sans pour autant ramasser le limon du fond du lac.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

L’eau brute est amenée par une conduite en polyester renforcé de fibres de verre de 1.40 m de diamètre. Cette conduite passe dans une parcelle privée puis plonge sous la route cantonale et l’ancienne usine dans une galerie dont le point bas est situé à 10 m sous le niveau du lac. L’alimentation de l’usine se fait donc selon le principe des vases communicants, sans siphon. Une chambre contenant les vannes de sectionnement permettant d’isoler l’usine du lac termine la galerie du côté lac.

L’eau du lac est amenée dans deux cuves d’eau brute d’un volume de 500 m3 chacune.

Les cuves d’eau brute sont équipées d’un système d’injection de char-bon actif en poudre (CAP) alimenté par un silo de 80 m3 de contenance. Le brassage et la mise en contact du CAP sont assurés par des rampes de buses installées à l’intérieur de chaque cuve. Ce brassage n’est actif qu’en cas d’injection de CAP. L’adjonction de CAP permet de piéger par adsorption la matière organique dissoute ou d’autres produits liés à une pollution de l’eau de lac.

La prise d’eau brute

Un collecteur de gavage en polyester renforcé de fibres de verre de 1 m de diamètre relie les cuves d’eau brute et alimente par gravité les 5 pompes de gavage et les 2 pompes de bras-sage. Chaque pompe de brassage est affectée à une cuve d’eau brute. Chaque pompe de gavage à débit variable alimente un préfiltre puis un groupe de 3 blocs d’ultrafiltration.

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– – – – – – – – – – – – – – – – – –localisation sur plan au 2e sous-sol– – – – – – – – – – – – – – – – – –

Collecteurs de sortie des cuves d’eau brute et pompes de gavage

Les préfiltres

Les préfiltres permettent de protéger l’entrée des fibres des membranes d’éventuelles obturations dues à de grosses par-ticules en suspension.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Leur seuil de coupure est de 130 microns. Les 5 préfiltres sont consti-tués de 7 marmites contenant chacune 5 tassaux de 250 disques à filtrer, empilés et comprimés par des ressorts. Chaque marmite se lave individuellement et successivement sans interruption de la production. La commande de rétrolavage des préfiltres se fait soit sur la durée réglable jusqu’à 600 minutes, soit sur détection d’une perte de charge importante signifiant le colmatage, mesurée par la différence de pres-sion entre l’entrée et la sortie. Réglable, ce seuil de perte de charge est actuellement fixé à 1 bar. Durant le rétrolavage, la pression de l’eau de lavage (3.5 bars) écarte les ressorts, libère les disques et pulvérise entre ceux-ci l’eau de l’intérieur vers l’extérieur.

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– – – – – – – – – – – – – – – – – –localisation sur plan au 1er sous-sol– – – – – – – – – – – – – – – – – –

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Préfiltres– – – – – – – – – – – – – –

Bloc de préfiltres

La filtration membranaire

Elle consiste à clarifier et à décontaminer l’eau (élimination des bactéries et virus) en la faisant passer au travers de membranes perméables à l’eau mais qui retiennent toutes les particules de taille supérieure à la plus grande dimension des pores. Cette dimension définit le type de filtration (mi-crofiltration, ultrafiltration, nanofiltration, osmose inverse).– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Une membrane est une paroi qui oppose une résistance au passage des différents constituants de l’eau. Elle est perméable aux molécules d’eau, mais retient toutes les particules de taille supérieure à la plus grande dimension de ses pores.

La dimension des pores d’une membrane définit son seuil de coupure. Pour l’usine de Lutry, le choix s’est porté sur le procédé d’ultrafiltration au travers de fibres d’acétate de cellulose creuses à peau interne dont le seuil de coupure est de 0.01 micron.

La membrane se trouve sur la face intérieure d’un tube comportant un trou de 0.9 mm de diamètre et une paroi d’environ 0.2 mm d’épaisseur. Environ 18’000 fibres sont groupées en faisceau dans un module qui représente ainsi une surface filtrante de 64 m2. 44 modules sont groupés en un bloc d’ultrafiltration. Le débit de cha-que bloc, dépendant de la qualité et de la température de l’eau brute, peut atteindre 220 m3/h. La pression de filtration, ou pression trans-membranaire, varie entre 0.3 et 0.6 bar selon le débit et la perméabi-lité. 15 blocs de 44 modules d’ultrafiltration assurent une production totale de l’usine de 0.8 m3/s ou 48’000 l/min dont il faut soustraire environ 15% d’eau d’exploitation pour le cas d’un débit maximum. L’exploitation normale sur une année montre que l’eau d’exploitation représente 17% de la production des membranes.

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– – – – – – – – – – – – – – – – – –localisation sur plan au rez– – – – – – – – – – – – – – – – – –

Blocs d’ultrafiltration membranaire

Eau ultrafi ltrée

Entrée d’eaubrute

Sortie duconcentrat

Carter

GrilleRésineFibres

Eaubrute

Eau ultrafi ltrée

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La membrane clarifi e et désinfecte l’eau, piégeant les virus et les bactéries en une seule opération purement mécanique, ce qui réduit d’autant le recours à des produits chimiques.

MEMBRANE

MODULE

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Diamètre : 0.9mm

Diamètre : 30cm

La fi ltration membranaire

L’intégrité des fibres est contrôlée par un test sous pression d’air. Les pores de la membrane sont si petits qu’une membrane intègre est imperméable à l’air. Une fibre défectueuse peut ainsi être identifiée, puis mise horsservice par obturation.

La filtration membranaire

Selon la qualité de l’eau brute, la filtration peut se faire en deux modes de fonctionnement différents. Pour une eau peu chargée, ne nécessitant pas d’adjonction de CAP, on choisit le mode de filtration frontale. La pompe de gavage assure seule l’alimentation du module. L’eau est pompée dans le volume intérieur des tubes support de la membrane et passe perpendiculairement à travers la membrane. A ce jour, c’est le mode de fonctionnement utilisé.

Dans le mode de filtration tangentielle, une pompe de recirculation assure une vitesse de l’eau tangentielle à la membrane. Le débit de ga-vage de la boucle est égal au débit de production. Le colmatage du fil-tre augmente la pression transmembranaire qui est compensée par un pompage plus puissant. Les particules emmenées par le flux ont une action abrasive sur la matière colmatante déposée sur la membrane. Le mode tangentiel permet de ralentir le colmatage de la membrane pour des débits plus importants ou pour une eau plus chargée. Ce mode est plus dispendieux en énergie. A ce jour, le mode de filtra-tion tangentielle n’est quasiment pas utilisé.

Les particules accumulées sur la membrane forment un dépôt appelé gâteau qui est périodiquement éliminé par rétrolavage. Le rétrolavage se fait par 14 m3 d’eau pompée à l’aide de 2 pompes commandées alternativement et dont le débit est de 15’000 l/min à une pression d’environ 2 bars. Lors du rétrolavage, l’eau traitée est chlorée par une injection d’eau chlorée concentrée à 5 mg/l pour assurer une désin-fection totale de la membrane. Le rétrolavage est déclenché automa-tiquement après un temps de filtration déterminé, fixé actuellement à 45 minutes, ou par la détection d’un seuil maximum de pression transmembranaire. La durée de rétrolavage d’un bloc est d’environ 70 secondes.

Au fil du temps, malgré les rétrolavages réguliers, une partie des éléments colmatants s’adsorbe fortement dans les pores et contre la membrane. Un nettoyage par lessive avec des produits adaptés aux membranes doit alors être entrepris.

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Rétrolavage

Filtration tangentielle

Filtration frontale Filtration frontale

Filtration tangentielle

Rétrolavage

Pompe gavage Préfiltre 130µm

Pompe gavage Préfiltre 130µm

Pompe recirculation

Rejets

Pompe rétrolavage

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La désinfection

Production d’eau de Javel et désinfectionLa désinfection est assurée par l’eau de Javel ou hypochlorite de sodium (NaOCl) produite par électrolyse à partir de saumure obtenue par une solution d’eau adoucie, de sel en tablettes et de la saumure appauvrie provenant des cellules d’électrolyse.

Le sel utilisé a une très faible teneur de fer et de manganèse. Environ 2 kg/h de sel assurent une production de 1 kg de chlore. La concentra-tion en chlore de l’eau de Javel produite varie entre 30 et 35 g/l. Deux réservoirs de 5 m3 permettent de garantir une réserve de production.

Désinfection des membranesLa consommation principale d’eau de Javel est due à la désinfection des membranes lors des rétrolavages de blocs. Cela représente de 400 à 700 l/j selon le volume d’eau produit.

Désinfection finaleL’eau traitée est désinfectée par adjonction d’eau de Javel jusqu’à une teneur en chlore résiduel de 0.1 mg/l avant d’être pompée dans les conduites de transport et le réseau de distribution. Selon le volume d’eau produit, la désinfection finale utilise entre 150 et 250 l/j d’eau de Javel.

Mesures en continu du chlore résiduelUne mesure de la teneur en chlore résiduel est faite sur l’eau juste avant son arrivée dans la station de pompage faisant partie de l’usine. Cette mesure est utilisée par le système de régulation de la désinfection finale.

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Emplacement de production d’eau de Javel– – – – – – – – – – – – – –

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Tableau de régulation de l’électrolyseur

La station de pompage

La station de pompage comprend 7 pompes qui refoulent l’eau en direction des réservoirs de Montétan, Montalègre et La Croix-sur-Lutry.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

2 cuves de 1’400 m3 situées au nord de l’usine assurent un volume tampon d’eau traitée. Un collecteur double, équipé de vannes de dé-rivation aux extrémités, permet d’alimenter toutes les pompes, même lors de la mise hors service d’une cuve. Les moteurs sont alimentés en courant électrique à moyenne tension de 11,5 kV.

En plus du refoulement de l’eau traitée de Lutry, la station de pompage permet par un système de trois vannes by-pass de transférer de l’eau provenant du réservoir de la Croix-sur-Lutry - alimenté par l’usine de Bret et par les sources du Pays-d’Enhaut et du Pont-de-Pierre - vers les réservoirs de Montalègre ou de Montétan.

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Pompes de refoulement– – – – – – – – – – – – – –

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Station de pompage

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CAP

Le traitement des eaux de lavage

Sans utilisation de CAP, les eaux sales provenant des rétro-lavages des blocs et des préfiltres sont rejetées au lac après un temps de déconcentration du chlore dans les deux cuves d’eau sale d’un volume de 400 m3 chacune. – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Le volume de ces eaux est important. Dans le cas d’une exploitation maximale de l’usine, il est d’environ 8’600 m3 par jour. Les eaux char-gées provenant des grilles de sol et les eaux neutralisées des lessives sont récoltées dans un puisard puis relevées dans la conduite des eaux usées vers la station d’épuration de la commune de Lutry.

Avec utilisation de CAP, soit en mode de filtration tangentielle, aucun rejet ne doit partir au lac sans avoir été préalablement traité par la station d’épuration de l’usine. La chaîne de traitement physicochimique est constituée d’une coagulation par injection de chlorure ferrique, d’une floculation et d’une décantation lamellaire. L’eau ainsi clarifiée part au lac. Une herse racleuse de fond récolte les matières en sus-pension concentrées dans une fosse d’où elles sont pompées dans une cuve à boues. Une pompe transfère ces boues à la STEP de Lutry. Dans le cas d’une exploitation maximale, le volume des boues dirigées vers la STEP est d’environ 30 m3 par jour.

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Décanteurs– – – – – – – – – – – – – –

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En conclusion

La technique de filtration membranaire pour la production d’eau potable est parfois remise en question, essentielle-ment à cause du coût des équipements relativement élevé, auquel s’ajoute celui du remplacement des modules qui ont une durée de vie limitée. On estime que la durée de vie des modules est de quatre à dix ans.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Cet inconvénient est contrebalancé par le gain important en surface d’implantation et en volume de construction, réduisant considérable-ment le coût initial de l’infrastructure. La surface de terrain utilisée est estimée à la moitié de celle nécessaire pour une usine conventionnelle.

Le rendement total de l’usine est plus faible que celui d’une usine clas-sique. En effet, 17% de la production d’eau traitée par l’usine de Lutry sont utilisés comme eau d’exploitation, alors que cette proportion est d’environ 5% pour les usines de Bret et de St-Sulpice.

Le rendement est étroitement lié à la nature de la matière organique dissoute ainsi qu’au type et au nombre de particules en suspension dans l’eau brute. Plus il y a de matières en suspension et plus rapide-ment les filtres se colmatent, obligeant de fréquents rétrolavages.

eauservice est très satisfait du fonctionnement de son usine de Lutry. Elle produit une eau de meilleure qualité qu’une chaîne de traitement traditionnelle et le système par modules permet une plus grande flexi-bilité de production.

A l’avenir, l’usine de Lutry sera de plus en plus sollicitée, particulièrement pour faire face aux variations de la demande et pour suppléer à la diminution de production des usines de Bret ou de St-Sulpice lors des futurs grands travaux de réfection.

De l’espace est réservé pour accueillir de nou-veaux modules et augmenter ainsi aisément la production totale d’eau potable.

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Usine de production de Lutry

Rédaction eauservice,case postale 7416, 1002 Lausanne

Copyright2008 eauservice, Ville de Lausanne

Réalisation et direction artistiquePixit SA,Lausanne

ImpressionImprimeries Réunies Lausanne s.a.

Mandataire général,conception de la chaîne de traitement,étude hydraulique :eauservice, ville de Lausanne– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Etude géotechnique :BG Bonnard & Gardel Ing.Conseils S.A., Lausanne– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Excavation :Marti S.A., Lausanne– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Etude de béton armé :Sabert S.A., LausanneBéton armé :Losinger S.A.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Principaux participants à la conception et à la construction

Impressum

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Chaîne de traitement :Degrémont S.A.– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Station de pompage, conception :eauservice, Ville de Lausanne– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Réalisation :1998 - 2002– – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Pour plus d’information, vous pouvez consulter notre site Internet :www.lausanne.ch/eauservice

Des brochures spécifiques concernant d’autres aspects de la distribution de l’eau sont également à votre disposi-tion. Vous pouvez les obtenir auprès de notre secrétariat.

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