Mesurages en continu des flux polluants particulaires en réseaux d’assainissement urbains : enjeux, méthodes, exemple d’application

Abstract

La poursuite de l’expansion des villes dans la plupart des pays génère des flux polluants croissants rejetés dans les milieux aquatiques urbains par les systèmes d’assainissement, avec des enjeux environnementaux considérables. La connaissance, le contrôle et la réduction des flux polluants ne peuvent plus se satisfaire des mesurages ponctuels classiques par prélèvements et analyses en laboratoire. Différentes techniques de mesure en continu in situ sont aujourd’hui utilisables. Parmi celles-ci, le mesurage de la turbidité permet d’estimer les charges événementielles et annuelles en matières en suspension (MES) et en demande chimique en oxygène (DCO) transitant dans les réseaux d’assainissement urbains. Pour obtenir des résultats fiables et évaluer leurs incertitudes, des méthodes appropriées doivent être utilisées : i) étalonnage des capteurs, ii) application de fonctions d’étalonnage, iii) mesurage des MES et de la DCO sur échantillons avec les méthodes normalisées, iv) détection des valeurs suspectes éventuelles, v) régressions polynomiales spécifiques entre MES ou DCO et turbidité prenant en compte les incertitudes sur toutes les grandeurs, et vi) application des régressions pour estimer les charges polluantes en MES et DCO. Ces différentes étapes sont décrites dans cet article et illustrées avec des exemples. Une étude de cas montre l’application des méthodes proposées pour estimer les charges polluantes rejetées par un déversoir d’orage en réseau unitaire : 30 déversements mesurés en 2004 ont rejeté environ 2100 kg de MES et 2900 kg de DCO. Ces masses sont connues avec une incertitude relative inférieure à 5 %.

The continuing growth of cities in most countries generates increasing pollutant loads discharged into urban water bodies by sewer systems, with very important environmental stakes. The determination, the control and the reduction of pollutant loads will not be achievable by means of usual discrete sampling and laboratory analyses. Various continuous in situ measurement techniques are now available. Among them, turbidity measurements allow estimating TSS (Total Suspended Solids) and COD (Chemical Oxygen Demand) event and annual loads transferred in urban sewer systems. In order to obtain reliable results and to estimate their uncertainties, appropriate methods have to be applied for i) sensor calibration, ii) application of calibration functions, iii) measurements of TSS and COD in samples with standard methods, iv) detection of possible multivariate outliers in the available data sets, v) specific 1st or 2nd order polynomial regression between TSS (or COD) values and turbidity values accounting for uncertainties in both variables, and vi) application of regression functions to estimate TSS (or COD) loads at event and annual scales. All above steps are described and illustrated with examples. A case study shows the application of the proposed methods to estimate the TSS and COD loads discharged by an overflow structure in a combined sewer system : 30 overflows measured in 2004 discharged approximately 2 100 kg of TSS and 2 900 kg of COD. These loads have a relative uncertainty of less than 5 %.