Réseaux d’Eau Potable et d’Assainissement

1. Introduction : Enjeux et Définitions

1.1 Importance de l'Eau et de l'Assainissement

L'eau est une ressource vitale, indispensable à la vie humaine, aux écosystèmes et à de nombreuses activités économiques. Sa gestion durable, incluant son prélèvement, sa potabilisation, sa distribution, puis la collecte et le traitement des eaux usées, est un enjeu majeur du 21ème siècle.

Un assainissement efficace est tout aussi crucial pour prévenir la propagation des maladies hydriques, protéger la qualité des milieux aquatiques récepteurs et préserver la santé publique. Les réseaux d'eau potable et d'assainissement sont donc des infrastructures stratégiques pour le développement des sociétés.

1.2 Définitions : Eau Potable, Eaux Usées, Eaux Pluviales

Eau Potable

Eau destinée à la consommation humaine, qui respecte des normes de qualité strictes (physico-chimiques, microbiologiques, organoleptiques) définies par la réglementation. Elle ne doit présenter aucun risque pour la santé.

Eaux Usées Domestiques

Eaux issues des activités quotidiennes des ménages : eaux vannes (toilettes) et eaux ménagères (cuisine, salle de bain, lessive). Elles sont chargées en matières organiques, en nutriments (azote, phosphore) et en micro-organismes pathogènes.

Eaux Usées Industrielles

Eaux rejetées par les établissements industriels, pouvant contenir des polluants spécifiques (métaux lourds, hydrocarbures, produits chimiques...) nécessitant souvent un prétraitement avant rejet au réseau collectif.

Eaux Pluviales

Eaux issues des précipitations atmosphériques. En milieu urbain, elles ruissellent sur les surfaces imperméabilisées (toitures, voiries) et peuvent se charger en polluants divers (hydrocarbures, métaux, pesticides, déchets...).

1.3 Objectifs des Réseaux

Les réseaux d'eau potable et d'assainissement visent à :

• Pour l'eau potable :
  • Capoter et protéger les ressources en eau.
  • Traiter l'eau brute pour la rendre potable.
  • Stocker l'eau traitée pour répondre aux variations de la demande et assurer une sécurité d'approvisionnement.
  • Distribuer l'eau potable en quantité suffisante, sous pression adéquate et avec une qualité maintenue jusqu'au consommateur.
• Pour l'assainissement :
  • Collecter les eaux usées (domestiques et industrielles après prétraitement éventuel) et les eaux pluviales (selon le type de réseau).
  • Transporter ces eaux vers les installations de traitement.
  • Traiter les eaux usées pour éliminer les pollutions et les rendre compatibles avec un rejet dans le milieu naturel sans impact négatif.
  • Gérer les eaux pluviales pour limiter les risques d'inondation et la pollution des milieux récepteurs.

2. Réseaux d'Adduction d'Eau Potable (AEP)

Le service d'AEP comprend l'ensemble des installations depuis le captage de l'eau brute jusqu'au robinet de l'usager.

Cycle de l'eau potable : du captage à l'usager.

2.1 Captage et Sources d'Eau

L'eau brute est prélevée dans le milieu naturel :

• Eaux Souterraines : Captage par puits, forages ou sources. Ces eaux sont souvent de meilleure qualité naturelle (filtrées par le sol) et nécessitent moins de traitement, mais peuvent être vulnérables aux pollutions diffuses (nitrates, pesticides). Des périmètres de protection sont mis en place autour des captages.
• Eaux Superficielles : Prise d'eau en rivière, lac ou retenue. Ces eaux sont plus abondantes mais plus exposées aux pollutions et aux variations de qualité (turbidité, matières en suspension, micro-organismes). Elles nécessitent des traitements plus poussés.

2.2 Traitement de l'Eau Potable (Potabilisation)

L'eau brute subit une série de traitements dans une usine de production d'eau potable pour la rendre conforme aux normes de potabilité. La filière de traitement dépend de la qualité de l'eau brute :

• Prétraitements : Dégrillage (élimination des gros déchets), tamisage.
• Clarification :
  • Coagulation-Floculation : Ajout de réactifs (sels d'aluminium ou de fer) pour agréger les particules fines en suspension (flocs).
  • Décantation : Séparation des flocs plus lourds par sédimentation.
  • Filtration (sur sable, charbon actif) : Élimination des particules restantes et de certains micro-organismes.
• Affinage (si nécessaire) : Traitements spécifiques pour éliminer des micropolluants (pesticides, nitrates...), corriger le pH, réduire la dureté (adoucissement), éliminer les goûts et odeurs (charbon actif).
• Désinfection : Étape finale cruciale pour éliminer les micro-organismes pathogènes (bactéries, virus). Généralement par chloration (chlore gazeux, eau de Javel), ozonation ou rayonnement UV. Une dose de chlore résiduel est souvent maintenue dans le réseau pour prévenir la recontamination.

2.3 Stockage (Réservoirs)

L'eau traitée est stockée dans des réservoirs avant d'être distribuée. Fonctions du stockage :

• Régulation : Compenser les variations journalières de la demande (pointes de consommation) par rapport à une production plus constante de l'usine.
• Sécurité : Assurer une réserve d'eau en cas d'incident sur la production ou sur le réseau (incendie, pollution accidentelle, rupture de conduite).
• Mise en pression : Les réservoirs surélevés (châteaux d'eau) permettent de distribuer l'eau par gravité, assurant une pression suffisante dans le réseau. Les réservoirs au sol ou enterrés nécessitent souvent des surpresseurs.

2.4 Réseau de Distribution

Ensemble des canalisations et organes permettant d'acheminer l'eau depuis les réservoirs (ou directement depuis l'usine) jusqu'aux usagers.

• Canalisations : Constituent l'essentiel du réseau.
  • Conduites principales (artères) : Gros diamètres, transportent l'eau sur de longues distances.
  • Conduites secondaires (maillage) : Diamètres intermédiaires, desservent les quartiers. Les réseaux maillés offrent une meilleure sécurité d'alimentation (plusieurs chemins possibles).
  • Conduites de distribution locale : Petits diamètres, desservent les rues.
• Organes Hydrauliques :
  • Vannes : Pour isoler des tronçons (sectionnement), purger, vidanger.
  • Ventouses : Pour évacuer l'air piégé aux points hauts.
  • Purges : Pour évacuer les sédiments aux points bas.
  • Stabilisateurs / Réducteurs de pression : Pour maîtriser la pression dans le réseau.
  • Poteaux et bouches d'incendie : Pour la défense contre l'incendie.

2.5 Branchements et Comptage

Le branchement est la canalisation reliant le réseau de distribution public à l'installation privée de l'usager. Il comprend généralement une prise en charge sur la conduite publique, une vanne d'arrêt avant compteur, le compteur d'eau (qui mesure le volume consommé) et une vanne d'arrêt après compteur.

3. Réseaux d'Assainissement des Eaux Usées

L'assainissement vise à collecter et traiter les eaux polluées avant leur retour au milieu naturel.

3.1 Types d'Assainissement

• Assainissement Collectif ("tout-à-l'égout") : Les eaux usées sont collectées par un réseau public et acheminées vers une station d'épuration (STEP) collective. Obligatoire dans les zones d'assainissement collectif définies par les communes.
• Assainissement Non Collectif (ANC) ou Autonome : En l'absence de réseau collectif (zones rurales, habitat dispersé), chaque habitation doit traiter ses propres eaux usées sur sa parcelle (fosse septique, micro-station, filtre planté...). Fait l'objet de contrôles par le Service Public d'Assainissement Non Collectif (SPANC).

3.2 Systèmes de Collecte (pour l'Assainissement Collectif)

• Réseau Unitaire : Une seule canalisation collecte à la fois les eaux usées et les eaux pluviales.
  • Avantages : Moins coûteux à construire initialement.
  • Inconvénients : Dilution des eaux usées par temps de pluie, risque de débordement d'eaux mélangées (et donc polluées) dans le milieu naturel par les déversoirs d'orage, surcharge des stations d'épuration. Tendance à être remplacé ou complété.
• Réseau Séparatif : Deux réseaux distincts : un pour les eaux usées (dirigées vers la STEP) et un pour les eaux pluviales (dirigées vers le milieu naturel, souvent après un traitement sommaire ou des ouvrages de gestion à la source).
  • Avantages : Pas de dilution des eaux usées (meilleur rendement des STEP), pas de débordement d'eaux usées par temps de pluie, meilleure gestion des eaux pluviales.
  • Inconvénients : Plus coûteux à construire (deux réseaux), risque de mauvais branchements (eaux usées dans le réseau pluvial et vice-versa). C'est le système privilégié aujourd'hui.
• Réseau Pseudo-séparatif : Variante où une partie des eaux pluviales (ex: premières pluies plus polluées) est dirigée vers le réseau d'eaux usées.

Comparaison simplifiée des réseaux unitaires et séparatifs.

3.3 Composants du Réseau de Collecte

• Canalisations (Collecteurs) : Assurent le transport des effluents, généralement par écoulement gravitaire (pente). Matériaux : béton, grès, fonte, PVC, PEHD... Le choix dépend du diamètre, des contraintes de pose, de l'agressivité des effluents.
• Regards de visite : Ouvrages en béton ou matériaux composites permettant l'accès au réseau pour l'inspection, l'entretien (curage) et la ventilation. Placés aux changements de direction, de pente, de diamètre, et à intervalles réguliers sur les tronçons rectilignes.
• Boîtes de branchement : Ouvrages permettant le raccordement des branchements particuliers au collecteur public.
• Postes de relevage (ou de pompage) : Nécessaires lorsque l'écoulement gravitaire n'est pas possible (terrain plat, franchissement d'obstacle). Les effluents sont pompés vers un point plus élevé du réseau.
• Déversoirs d'orage (réseaux unitaires) : Ouvrages permettant de délester une partie du débit excédentaire (mélange eaux usées/pluviales) vers le milieu naturel lors de fortes pluies, pour éviter la saturation du réseau et de la STEP. Source de pollution.

3.4 Traitement des Eaux Usées (Stations d'Épuration - STEP)

Les eaux usées collectées sont acheminées vers une STEP où elles subissent une série de traitements pour éliminer les pollutions avant rejet. Une filière de traitement classique comprend :

• Prétraitements : Dégrillage (gros déchets), dessablage (sables), déshuilage (graisses).
• Traitement Primaire (parfois optionnel) : Décantation primaire pour éliminer une partie des matières en suspension (MES) sédimentables.
• Traitement Secondaire (Biologique) : Élimination de la pollution organique dissoute et d'une partie de l'azote et du phosphore par l'action de micro-organismes (bactéries) en conditions aérobies (boues activées, lits bactériens, filtres plantés...).
• Clarification (Décantation Secondaire) : Séparation des boues biologiques de l'eau traitée.
• Traitements Tertiaires (si nécessaire) : Traitements plus poussés pour éliminer l'azote et le phosphore résiduels (dénitrification, déphosphatation), désinfection (UV, chloration) si le milieu récepteur est sensible.
• Traitement des Boues : Les boues issues des différentes étapes sont traitées (épaississement, déshydratation, stabilisation : digestion anaérobie, compostage, chaulage...) en vue de leur valorisation (épandage agricole, compostage, méthanisation) ou de leur élimination.

3.5 Rejet des Eaux Traitées

L'eau traitée est rejetée dans le milieu naturel (rivière, lac, mer) en respectant des normes de qualité de rejet fixées par la réglementation pour protéger l'écosystème aquatique.

4. Gestion des Eaux Pluviales

4.1 Problématiques

L'imperméabilisation des sols en milieu urbain augmente le volume et la vitesse du ruissellement des eaux pluviales, ce qui peut causer :

• Inondations : Par saturation des réseaux et débordement des cours d'eau.
• Pollution des milieux aquatiques : Les eaux de ruissellement entraînent divers polluants (hydrocarbures, métaux lourds, pesticides, déchets...) vers les rivières.
• Réduction de la recharge des nappes phréatiques.

4.2 Techniques de Collecte et d'Évacuation

Traditionnellement, la gestion des eaux pluviales visait à les évacuer le plus rapidement possible vers le milieu naturel via :

• Caniveaux et Cunettes : Collectent les eaux de ruissellement en surface des voiries.
• Avaloirs (Grilles) : Permettent l'entrée des eaux dans le réseau souterrain.
• Collecteurs Pluviaux : Canalisations souterraines transportant les eaux pluviales.

4.3 Techniques Alternatives et Gestion Intégrée

Aujourd'hui, on privilégie une gestion plus durable et intégrée des eaux pluviales, visant à limiter le ruissellement à la source et à favoriser l'infiltration et la rétention ("gestion à la parcelle" ou "techniques alternatives") :

• Infiltration : Puits d'infiltration, tranchées drainantes, chaussées poreuses, jardins de pluie... permettent à l'eau de s'infiltrer dans le sol et de recharger les nappes. Nécessite un sol perméable.
• Rétention/Stockage temporaire : Bassins de rétention (secs ou en eau), noues paysagères, toitures stockantes... stockent l'eau pendant l'averse et la restituent lentement au réseau ou au milieu naturel, écrêtant ainsi les pointes de débit.
• Toitures Végétalisées : Retiennent une partie de l'eau de pluie et favorisent l'évapotranspiration.
• Réutilisation : Collecte des eaux de pluie pour des usages non potables (arrosage, lavage...).

Ces techniques contribuent à réduire les volumes rejetés, à limiter la pollution et à améliorer le cadre de vie.

5. Conception et Dimensionnement des Réseaux

5.1 Études Préalables

La conception d'un réseau nécessite des études approfondies :

• Estimation des besoins en eau potable : Basée sur la population actuelle et future, les types de consommateurs (domestique, industriel, public), les ratios de consommation.
• Estimation de la production d'eaux usées : Souvent un pourcentage de la consommation d'eau potable, plus les apports spécifiques (industries).
• Estimation des débits d'eaux pluviales : Basée sur les données pluviométriques (intensité, durée, fréquence des pluies de projet), les surfaces imperméabilisées et les coefficients de ruissellement.
• Levés topographiques : Pour déterminer les pentes naturelles et optimiser les tracés gravitaires.
• Études géotechniques : Pour connaître la nature du sol (stabilité des tranchées, corrosivité, perméabilité pour l'infiltration).

5.2 Hydraulique des Réseaux

Les calculs hydrauliques visent à déterminer les diamètres des conduites et les pentes pour assurer l'écoulement des débits de pointe dans des conditions satisfaisantes :

• Réseaux d'eau potable (en charge) : Calcul des pertes de charge (linéaires et singulières) pour garantir une pression minimale chez l'usager le plus défavorisé. Formules de Colebrook-White, Hazen-Williams...
• Réseaux d'assainissement (gravitaires, à surface libre) : Calcul de la capacité d'écoulement en fonction du diamètre, de la pente et de la rugosité. Formules de Manning-Strickler. On vise des vitesses minimales (auto-curage) et maximales (éviter l'érosion).

5.3 Dimensionnement des Conduites et Ouvrages Annexes

Le dimensionnement aboutit au choix des diamètres, des pentes, des matériaux des canalisations, ainsi qu'au dimensionnement des ouvrages annexes (réservoirs, postes de pompage, regards, déversoirs...).

5.4 Choix des Matériaux

Le choix des matériaux pour les canalisations dépend de nombreux facteurs : diamètre, pression, nature du fluide transporté (agressivité), nature du sol (corrosivité, contraintes mécaniques), conditions de pose, coût, durabilité.

• Eau Potable : Fonte ductile, PVC-U (non plastifié), PEHD (polyéthylène haute densité), acier (pour gros diamètres ou fortes pressions, avec protection anti-corrosion).
• Assainissement Eaux Usées/Pluviales : Béton armé ou non armé, grès, PVC, PEHD, PP (polypropylène), fonte ductile.

5.5 Modélisation des Réseaux

Des logiciels de modélisation hydraulique sont couramment utilisés pour simuler le fonctionnement des réseaux complexes, optimiser leur conception, analyser leur comportement en régime transitoire (coups de bélier) et planifier leur extension ou leur réhabilitation.

6. Construction, Exploitation et Maintenance

6.1 Techniques de Pose des Canalisations

• En tranchée ouverte : Méthode la plus courante. Excavation, pose de la canalisation sur un lit de pose, remblayage et compactage. Nécessite des blindages si la profondeur est importante.
• Techniques sans tranchée (TST) : Pour la pose ou la réhabilitation en milieu urbain dense ou pour franchir des obstacles. Exemples : microtunnelier, forage dirigé, fonçage, éclatement de conduites existantes, chemisage.

6.2 Contrôles et Essais

Avant la mise en service, des contrôles et essais sont indispensables :

• Contrôle de la compacité du remblai.
• Essais d'étanchéité des canalisations et des regards (à l'eau ou à l'air).
• Essais de pression pour les réseaux d'eau potable.
• Inspection télévisée (ITV) des réseaux d'assainissement pour détecter les défauts.

6.3 Exploitation

L'exploitation des réseaux comprend :

• Surveillance du fonctionnement (pressions, débits, niveaux, qualité de l'eau).
• Sectorisation des réseaux d'eau potable pour localiser et quantifier les fuites.
• Gestion des compteurs et de la facturation.
• Curage préventif des réseaux d'assainissement pour éviter les obstructions.
• Gestion des postes de pompage et des stations d'épuration.

6.4 Maintenance Préventive et Curative

Les réseaux vieillissent et se dégradent. Une maintenance est nécessaire :

• Maintenance Préventive : Inspections régulières, renouvellement programmé des équipements, campagnes de recherche de fuites.
• Maintenance Curative : Réparation des fuites, des casses de conduites, débouchage des canalisations.
• Réhabilitation des réseaux : Lorsque les réseaux sont trop dégradés, des travaux de réhabilitation (remplacement, chemisage, éclatement...) sont nécessaires pour restaurer leur performance et leur étanchéité.

7. Aspects Réglementaires, Économiques et Environnementaux

7.1 Cadre Réglementaire et Normatif

La gestion de l'eau et de l'assainissement est encadrée par une réglementation nationale et européenne de plus en plus stricte :

• Directive Cadre sur l'Eau (DCE 2000/60/CE) : Vise le bon état écologique et chimique des masses d'eau.
• Directive Eaux Résiduaires Urbaines (DERU 91/271/CEE) : Impose des obligations de collecte et de traitement des eaux usées urbaines.
• Directive Eau Potable (98/83/CE modifiée) : Fixe les normes de qualité de l'eau destinée à la consommation humaine.
• Lois nationales (Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques - LEMA en France), codes (Code de la Santé Publique, Code de l'Environnement), normes techniques (NF, EN).

7.2 Coût des Services et Financement

Les services d'eau et d'assainissement ont un coût important (investissement, exploitation, renouvellement). Le financement est assuré principalement par la facture d'eau payée par les usagers ("l'eau paie l'eau"), complétée par des subventions (Agences de l'Eau, État, Europe) pour les investissements. La gestion patrimoniale des réseaux est un enjeu majeur pour maîtriser les coûts à long terme.

7.3 Impact Environnemental et Préservation de la Ressource

Une gestion efficace des réseaux contribue à :

• Préserver la qualité des ressources en eau (nappes, rivières) en limitant les prélèvements et les rejets polluants.
• Réduire les pertes d'eau potable dans les réseaux de distribution (lutte contre les fuites).
• Limiter l'impact des rejets d'eaux usées et pluviales sur les écosystèmes aquatiques.
• Favoriser l'économie circulaire (réutilisation des eaux traitées, valorisation des boues).

8. Conclusion

Les réseaux d'eau potable et d'assainissement sont des infrastructures vitales, souvent invisibles mais indispensables au fonctionnement de nos sociétés et à la protection de l'environnement. Leur conception, leur réalisation et leur gestion font appel à des compétences techniques variées en hydraulique, génie civil, électromécanique, chimie et biologie.

Face aux défis du changement climatique (raréfaction de la ressource, événements extrêmes), du vieillissement des infrastructures et des exigences réglementaires croissantes, l'innovation et une gestion patrimoniale rigoureuse sont plus que jamais nécessaires pour assurer la pérennité et la performance de ces services essentiels.