Les filtres plantés de roseaux pour le traitement des eaux pluviales se développent

Le projet Adepte a permis de mieux connaître les capacités épuratoires des filtres plantés de roseaux pour le traitement des eaux pluviales. Un logiciel sera bientôt disponible pour aider au dimensionnement des projets.

Le projet d'aide au dimensionnement pour la gestion des eaux pluviales par traitement extensif (Adepte) vient de se clôturer, avec une journée de restitution qui s'est tenue à Lyon mi-mars 2018. Il a permis le développement d'un logiciel de dimensionnement des filtres plantés de roseaux (FPR) pour le traitement des eaux pluviales, qui sera disponible d'ici à l'été 2018.

Efficaces et économes Le Grand Lyon se tourne vers les filtres plantés de roseaux (FPR) pour le traitement des eaux pluviales. L'agglomération dispose déjà de deux FPR, mis en place en 2004 et en 2012, et trois autres sont en projet. A Marcy l'Etoile, le FPR a été installé sur le déversoir d'orages en aval d'un bassin versant de 150.000 habitants. Il permet de supprimer les rejets des pluies mensuelles et de réduire de 75% les rejets pour une pluie annuelle. Le coût global de ce projet, qui comprend le doublement du collecteur sur 5 km et la création de quatre FPR, est de 23 millions d'euros. A titre de comparaison, le doublement complet du collecteur, sur 14 km, aurait coûté 41 millions d'euros.

Robustes, rustiques, simples à entretenir, favorables à l'intégration paysagère, les filtres plantés de roseaux ne manquent pas d'avantages. Ils pourraient répondre aux besoins des collectivités qui cherchent des alternatives aux traitements des eaux pluviales en station d'épuration (Step). "Or, il y a peu de retour d'expériences sur le traitement par FPR", observe Stéphane Troesch, responsable R&D du bureau d'études Ecobird (groupe Syntea) et pilote du projet. C'est pour combler ce manque qu'Adepte a été engagé. Le projet est issu d'un appel d'offres issu de la Stratégie nationale de biodiversité 2011-2020 du ministère de la Transition écologique. Il a été financé par l'agence française de biodiversité (AFB), et trois agences de l'eau à hauteur d'un million d'euros.

Quatre sites pilote

"Dans un contexte d'urbanisation croissance et d'imperméabilisation des sols, les écoulements en surface de plus en plus importants entraînent l'augmentation des crues, des débits de pointe plus élevés et des réseaux plus gros", a rappelé Stéphane Troesch. De plus, les eaux pluviales se caractérisent par un fort taux de matières en suspension (MES) – jusqu'à dix fois plus que dans les eaux usées urbaines –, une demande chimique en oxygène (DCO) plus importante, des teneurs en hydrocarbures et polluants métalliques élevées et des micropolluants comme le cuivre, le cadmium, le plomb ou le zinc. Le tout avec le caractère aléatoire propre au régime des pluies.

S'il existe une quarantaine de FPR en France (surtout des verticaux, les plus robustes), leur diversité ne permet pas d'en tirer des lois générales de dimensionnement. Par exemple, le ratio entre la surface active (où les pluies sont collectées) et la surface du filtre varie d'un facteur de 125 (1m² de filtre pour 8 m² de surface active au minimum et jusqu'à 1000 m² au maximum). Or, les conséquences d'un sous- ou d'un sur-dimensionnement sont mal connues. Par ailleurs, ils sont parfois accompagnés de pré-traitement (bassin de décantation, lagunage, séparateur d'hydrocarbures…).

Pour y voir plus clair, Adepte s'est concentré sur quatre sites en taille réelle, suivis pendant deux ans pour les paramètres hydrauliques, MES et métaux. Ils sont représentatifs des différents climats, effluents (surverse de réseau unitaire et séparatif) et technologies de filtres (verticaux ou horizontaux).

Les performances hydrauliques (charge hydraulique, débit spécifique, atténuation des débits) des quatre sites pilote ont été analysées, montrant une bonne résistance globale aux charges hydrauliques. "La charge hydraulique a pu atteindre 10 ou 20 m/m² pour un événement, et l'atténuation du débit s'est étalée entre 66 et 86%", rapporte Rémi Suaire, du département nature en ville et services éco-systémiques au Cerema.

Un logiciel pour dimensionner les projets

Autres paramètres détaillés : les performances épuratoires des micropolluants et des macropolluants. Pour ces derniers, MES, DCO et DBO étaient suivis et ont fait l'objet d'un abattement important. Le suivi des micropolluants s'est concentré sur les éléments traces métalliques, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les hydrocarbures totaux, le glyphosate et son métabolite l'AMPA, le bisphénol-A (BPA) et les alkylphénols.

Tous ces facteurs ont été intégrés dans Orage, le logiciel développé pour le dimensionnement des FPR. "Le caractère stochastique des pluies rend délicat le dimensionnement des filtres, en qualité et en quantité", indique Pascal Molle, chercheur à l'Irstea. Le logiciel est conçu pour deux usages : effectuer un test de faisabilité et dimensionner un projet. Dans ce cas, les données caractéristiques (volumes, pollution…) d'une dizaine d'événements pluvieux significatifs doivent être entrées dans le logiciel, afin de générer un modèle de pluies. "Il faut vraiment réaliser des mesures sur le réseau, en amont. Cela ne se fait pas en un mois", insiste Pascal Molle. Le résultat propose alors un dimensionnement avec surface du filtre, volume de stockage des eaux pluviales, charge hydraulique annuelle par mètre carré de filtre, épaisseur et matériau. Une boucle d'itération permet d'affiner la surface minimale pour le filtre et les matériaux les plus efficaces, par exemple. Pour un test de faisabilité, Orage ne donne que des chiffres clés.

Un bon abattement de la pollution particulaire

"D'une manière générale, les FPR abattent bien la pollution particulaire, mais peu ou pas du tout la pollution dissoute", explique Rémi Suaire. Notamment la DCO (-79%), les MES (-96%), l'azote (-72% sur un réseau unitaire et -54% sur un réseau pluvial) et le phosphore particulaire (-59%). En revanche, le phosphore dissous (orthophosphates) n'est pas du tout traité. L'abattement des micropolluants varie également selon leur nature particulaire ou dissoute. "Les performances sont influencées par les périodes de temps sec, la température ou encore l'hydraulique. Mais les concentrations dans les rejets sont inférieures aux exigences des directives cadre sur l'eau et sur les eaux résiduaires urbaines", conclut Rémi Suaire. Les FPR sont donc une solution adéquate pour le traitement des rejets urbains par temps de pluie (RUTP). "Cependant, si l'agglomération d'assainissement est en zone sensible, les abattements à atteindre en matière d'azote et de phosphore pourront ne pas être compatibles avec l'usage de filtres plantés des roseaux", indique Christophe Venturini, à la direction Eau et biodiversité du ministère de la Transition écologique.

Le projet aboutit également à d'autres résultats : un état de l'art global, une base de données des FPR (à enrichir), des fiches de cas détaillés (trois disponibles, sept à venir). Le rôle des FPR sur la biodiversité a également été étudié : malgré leur aspect végétal, la présence de clôtures, de géotextiles et la monoplantation en font des zones peu propices à la biodiversité.