Un axe prioritaire du VSA - Exemples de réalisation

L’idée de coordonner les différents secteurs de la gestion des eaux fait son chemin depuis plusieurs années avec pour but de résoudre les multiples problèmes et conflits liés à la gestion de l’eau, comme la répartition des ressources, les problèmes de qualité, la biodiversité, etc. [1]. Cette approche intégrée est largement soutenue et encouragée par la Confédération [2–5]. La Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE) représente un outil de mise en œuvre d’une approche durable du cycle de l’eau. Pour promouvoir la mise en œuvre concrète de cette vision, le VSA a lancé différents projets sur cette thématique.
La GIRE se place au centre des activités du VSA. Cette gestion intégrée et dynamique représente un axe prioritaire de développement de l’association. Il ne s’agit pas de proposer une nouvelle gestion des eaux pour la Suisse, mais de trouver des moyens de promouvoir les liens entre les différentes disciplines et d’utiliser au maximum les capacités des infrastructures existantes. Ces liens passent par des solutions techniques (modélisation, optimisation), constructives (solutions techniques optimales dans un contexte donné), mais également socio-économique en identifiant et impliquant les acteurs clés et les décideurs autour d’une plateforme commune de travail.
L’objectif du projet VSA-GIRE, qui fait l’objet de la présente publication, est de démontrer, à l’aide d’exemples concrets de réalisation, que cette vision intégrée est non seulement possible, mais également intéressante d’un point de vue financier et environnemental. À travers différents exemples collectés en Suisse, les avantages et inconvénients de la gestion intégrée des eaux sont illustrés. Le projet VSA-GIRE inclue également un outil simplifié d’aide à la décision, PASST-CH, qui permet d’évaluer le potentiel de gestion dynamique des eaux sur un bassin versant urbain.

Le projet VSA-GIRE

Le projet VSA-GIRE se focalise sur la gestion intégrée et dynamique du système d’assainissement au sens large. Cette gestion peut mener par exemple à une réduction des coûts liés à l’épuration de l’eau ou à une optimisation des infrastructures existantes afin de mieux protéger le milieu récepteur. Le système retenu comprend spécifiquement le Réseau d’assainissement R, la station d’épuration (STEP) S et le milieu récepteur M. On parle aussi d’optimisation RSM. Ce système combine notamment les activités des trois Centres de Compétence (CC) du VSA «assainissement urbain», «épuration des eaux» et «milieu récepteur» (fig. 1). En fonction des cas, les autres CC et les plateformes techniques sont également impliquées.
Les acteurs dans le domaine de l’assainissement peuvent rarement avoir une vue d’ensemble du système RSM. Cet état de fait est logique, puisqu’il découle de la volonté de séparer les cahiers des charges de ces différentes disciplines. On assiste ainsi à un report des responsabilités entre les différentes autorités, que ce soit communales ou intercommunales, et le Canton (responsable du milieu naturel). Le principe de subsidiarité et une autonomie communale solidement ancrée dans les esprits entretiennent également des structures extrêmement morcelées, avec un grand nombre de parties prenantes aux intérêts et aux objectifs parfois divergents [5]. L’approche VSA est orientée vers une vision globale et une meilleure interaction entre les acteurs dans le domaine de l’assainissement.

DEMARCHE ET OUTILS

Demarche du projet GIRE

Le projet VSA-GIRE propose de rassembler et d’analyser des exemples concrets de gestion intégrée des eaux en Suisse. La démarche pour la sélection et la valorisation des exemples comprend plusieurs étapes. Dans un premier temps l’équipe de projet s’est réunie afin de trouver des exemples concrets de gestion intégrée des eaux en Suisse. À la suite des discussions, 26 exemples ont été retenus. Chaque exemple potentiel a été évalué sur la base de critères tels que l’état d’avancement, les avantages obtenus, le type de milieu récepteur, la taille de la STEP, la taille du bassin versant, etc. La taille de la population concernée a été un critère prédominant: les grandes villes disposant d’un service technique important ont plus d’opportunités pour mettre en place une approche de gestion intégrée. Elles n’ont donc pas été retenues. Des agglomérations de taille petite-moyenne ont dès lors été priorisées, en favorisant les différentes régions linguistiques et différents types de rejets (lac, rivière). Finalement 5 sites ont été retenus: Morges (VD), La Chaux-de-Fonds (NE), Lugano (TI), Hochdorf (LU), Steinach (SG).
Pour chaque site, des interviews ont été conduits avec les personnes responsables afin d’appréhender les avantages/inconvénients de la démarche intégrée mise en place (tab. 1). Une analyse des autres domaines de l’eau éventuellement pris en compte dans les démarches intégrées a également été effectuée pour chaque exemple. Les résultats sont présentés sous forme de graphique circulaire (fig. 2). En outre, pour chaque exemple, un rapport succinct a été établi reprenant les principaux éléments de l’approche intégrée et les éléments méthodologiques donnés ci-dessus. Les résultats ont été intégré dans un site Web développé dans le cadre du projet (www.gire.ch). Ce site contient des informations globales sur la GIRE, les outils techniques disponibles, l’importance des données, etc. Il intègre également un autre outil, à savoir l’outil PASST-CH.

L’outil PASST-CH

La possibilité de mettre en place une gestion intégrée dynamique des eaux pour un bassin versant ou une association d’épuration peut être globalement évaluée à l’aide d’un questionnaire simplifié (PASST-CH). Cet outil a été développé en Allemagne dans un premier temps [6] et a été adapté au contexte helvétique [7, 8]. Le questionnaire comprend une quinzaine de questions portant sur le bassin versant (taille, développement prévu, etc.), la quantité d’eaux usées (charges polluantes, taux de séparatif, etc.), le comportement du réseau (inondation, fonctionnement des ouvrages, etc.), le milieu naturel (sensibilité, facteur de dilution, etc.) et le fonctionnement de la STEP (charge maximale par temps de pluie). Les réponses sont réparties en classes prédéfinies. Chaque paramètre est pondéré avec un poids spécifique. Les résultats, à savoir le potentiel de l’infrastructure en place pour une gestion dynamique et le potentiel de mise en place d’une gestion dynamique au niveau du bassin versant, sont présentés sous la forme d’un diagramme (v. fig. 5). Chaque exemple détaillé a été analysé par le biais de cet outil. Les résultats obtenus ont été confrontés aux réalisations et décisions mises en place.

ETUDE DE CAS

Les cinq exemples retenus (tab. 1) sont présentés sur le site www.gire.ch. Les éléments clés de chaque exemple sont repris ici de manière résumée.

ERM Morges

Le point de départ de la gestion intégrée pour L’Association intercommunale pour l’Epuration des eaux usées de la Région Morgienne a été un problème d’eaux claires parasites: il s’agissait de définir leur origine, les actions à entreprendre par les 14 communes qui composent l’association et les 3 communes abonnées. La mise en place d’un outil de modélisation et de visualisation de l’ensemble du réseau a permis de répondre à cette question, permettant de quantifier les apports respectifs de chaque commune. En même temps, cette démarche a ouvert d’autres champs d’investigations. La STEP devant subir des modifications importantes en lien avec l’adjonction d’une chaine de traitement des micropolluants, il était particulièrement intéressant de coupler le développement futur de l’installation avec les données du réseau. Le milieu naturel, notamment la rivière La Morges, a été également introduit dans les réflexions à la suite de questions de régionalisation de STEP et d’impact de rejets pluviaux. La qualité biologique du milieu récepteur, particulièrement intéressante a été prise en compte dans l’approche intégrée, de même que la minimisation des rejets dans le Lac Léman. L’approche intégrée a généré des bénéfices substantiels, notamment en permettant de réduire de 50% la taille de certaines installations de la nouvelle STEP. Une capacité de stockage des eaux de pluviales de 1000 m3 au niveau de cette nouvelle installation, gérée de manière dynamique, permettra de limiter fortement les rejets en direction du lac. L’optimisation de la STEP actuelle et de tous les ouvrages sur le réseau intercommunal a permis en outre d’optimiser la production et la consommation électrique pour arriver à un bilan positif.

La Chaux-de-Fonds

La commune de la Chaux-de-Fonds se situe à 1000 m d’altitude dans un environnement karstique. Le bassin versant de la ville rejette ses eaux épurées et les déversements en majorité en direction d’un cours d’eau non permanent (La Ronde) et une petite partie en direction du Locle. Les eaux de la ville s’infiltrent de manière diffuse en direction du Doubs, un milieu récepteur particulièrement sensible (fig. 3). La pression des milieux de la pêche et de l’environnement est très importante dans cet exemple. Les impacts des rejets urbains sont difficiles à estimer, car les apports sont essentiellement diffus après infiltration dans le karst. La Ville fait face à des contraintes budgétaires importantes. La décision de traiter les micropolluants à la STEP a renforcé la volonté d’aller vers une réflexion globale de gestion des eaux, intégrant le réseau, la STEP et le milieu récepteur.
L’approche intégrée a conduit à différentes solutions. Des solutions «à la source» sont planifiées, en amont du réseau, sur les biens-fonds hors zones de faible densité (infiltration lorsque possible, rétention sur les toits plats, réutilisation des eaux pluviales). Ces solutions sont complétées en aval du réseau par l’amélioration de la qualité des eaux épurées ou déversées à la STEP: traitement des micropolluants (mise en service prévue en 2023), augmentation du débit maximal dégrillé, de 2,5 m³/s à 8,5 m³/s (mise en service en 2022), aménagement d’un filtre planté de roseaux en aval de la STEP pour le traitement des eaux mixtes déversées (projet en cours d’évaluation).
La vision intégrée de gestion des eaux permet dans ce cas de mettre en œuvre des solutions avec un rapport coûts-bénéfice particulièrement intéressant, tout en assurant un haut degré de protection du milieu récepteur. Une économie en investissements de l’ordre de 25 Mio francs est estimée par rapport à la première version du Plan général d’évacuation des eaux (PGEE).

Lugano

Plusieurs syndicats et réseaux s’entrecroisent sur le périmètre de la STEP de Bioggio. En 2008 le Conseil du syndicat «Consorzio depurazione acque di Lugano e dintorni (CDALED)» a accordé un crédit pour la conception d’un PGEEi (PGEE intercommunal). Les principaux objectifs étaient d’actualiser les objectifs d’assainissement du district de Lugano et de coordonner les objectifs, les délais de mise en œuvre, les interventions et le financement des syndicats régionaux du Luganese. Un travail de coordination particulier et difficile a été nécessaire par le fait que, outre le PGEEi CDALED, le PGEE de la ville de Lugano et le PGEEi d’un autre syndicat étaient également en phase de planification.
Afin de faciliter la réalisation des objectifs poursuivis, un réseau fonctionnel a été défini comprenant l’ensemble du bassin de la STEP de Bioggio, indépendamment du propriétaire et de l’exploitant actuel. Cette décision a permis d’aborder les questions et les problèmes de manière intégrée et générale au sein du PGEEi.
Les objectifs généraux de la protection des eaux pour les rivières, le lac et les eaux souterraines nécessitent une vision intégrée pour le district de Lugano. Cette vision permet notamment d’améliorer le fonctionnement des ouvrages de rétention existants ou prévus, d’augmenter le débit vers la STEP en utilisant sa capacité maximale, de limiter les impacts des déversements (visuels, charges en nutriments, charges bactériologiques, etc.) dans une zone à haute vocation touristique.
Des difficultés de cette démarche intégrée sont identifiées, notamment au niveau de la qualité des données des différents réseaux des communes et des différentes échelles administratives de travail. Néanmoins, ces difficultés ont été surmontées. La mise en place du concept s’est faite de manière très pragmatique, en tenant compte des spécificités locales et des pressions budgétaires. La vision globale proposée offre plus d’appuis pour obtenir des crédits auprès des différentes communes concernées. La visibilité des travaux à entreprendre est augmentée: il est possible de voir noir sur blanc qu’il y a des problèmes en certains points. Les investissements sont ainsi plus faciles à justifier. Les avantages en termes de qualité de l’eau ne sont pas encore visibles ou identifiables, mais les problèmes à ce niveau ne sont pas non plus considérés comme aigus dans cet exemple.
Au niveau du Canton ce projet est une satisfaction, car le syndicat développe une vision régionale de gestion des eaux. C’est un pas vers un Plan régional d’évacuation des eaux (PREE), un outil qui n’est pas encore développé au niveau du Canton. Le concept de «réseau fonctionnel» apporte une plus-value certaine pour l’exploitant, avec une vision d’ensemble du système et des possibilités d’investissements ciblés.

Hochdorf

La réfection de STEP de Hochdorf conduit à réduire le débit d’entrée. La suppression du déversement après le décanteur primaire génère d’importants rejets dans la rivière Ron. De plus, des rejets considérablement plus importants au niveau du bassin d’eaux pluviales (BEP) situé directement en amont de la STEP sont attendus. Une première étude a indiqué que des volumes de rétention supplémentaires importants (1000 à 2500 m³) seraient nécessaires pour limiter les impacts. Une autre étude parlait même d’un stockage supplémentaire de 3000 m³ avant la STEP de Hochdorf. Ce projet, estimé entre 3 et 6 Mio de francs, a suscité des interrogations de la part des autorités.
Le réseau d’assainissement dispose en effet déjà de 4 bassins de rétention totalisant 1700 m^3. La question est donc de voir s’il est possible d’optimiser le fonctionnement de ces BEP et des déversements avant de lancer la construction de nouvelles structures de stockage des eaux.
L’accent est donc mis ici sur une vision holistique du système. En effet, en plus des considérations techniques sur la STEP et le réseau d’assainissement, plusieurs études sur les milieux récepteurs, la rivière Ron et le lac de Baldegg montrent des impacts en termes de qualité de l’eau, de la faune et de la morphologie.
L’analyse du comportement de remplissage/vidange des BEP a montré qu’il existe un potentiel considérable d’optimisation pour le fonctionnement des bassins présent sur le territoire de la commune (fig. 4). L’observation d’événements pluviaux individuels a montré, grâce aux données mesurées, que la vidange des réservoirs n’est pas coordonnée.
L’objectif de la gestion intégrée dans cet exemple est donc d’optimiser le système en place, le fonctionnement des ouvrages de rétention, sans impacter ni le milieu naturel ni le fonctionnement de la STEP. Grâce à l’analyse critique des données, aux modèles de simulation et aux analyses de terrain (immissions) effectuées, une meilleure compréhension du système RSM a été obtenue. Ces résultats ont démontré qu’il n’est pas nécessaire de mettre en place un volume de stockage supplémentaire, ce qui représente une économie de l’ordre de 3–6 Mio francs en investissement. L’optimisation conduit à assurer une bonne probabilité de protection (> 65%) par temps pluie et un fonctionnement optimal de la STEP.

Steinach

En début de projet, la rivière Steinach était un cours d’eau fortement pollué par les déversements des égouts unitaires de la ville de Saint-Gall et par le rejet des eaux usées traitées de la STEP de Hofen. En aval de la STEP, le débit temps sec est composé jusqu’à 80% des eaux usées traitées. L’état écologique de la rivière est évalué comme mauvais dans les études effectuées.
La mise en œuvre d’une solution pour la rivière Steinach se base sur l’étude de 6 scénarios qui ont été évalués avec leur probabilité de réalisation et leurs coûts (investissement et maintenance). L’estimation des charges polluantes en direction du lac de Constance (phosphore notamment) joue un rôle central dans l’analyse.
Dans le cadre de cet exemple, il est essentiel de considérer à la fois les STEP (Hofen, Morgental), le cours d’eau lui-même (Steinach), le réseau d’assainissement (mise en séparatif, augmentation des capacités de rétention, etc.) et le lac de Constance afin de trouver une solution satisfaisante. De plus, de très importants investissements sont prévus (72 Mio francs d’ici 2060) et il est essentiel d’avoir une vision globale aussi large que possible avec tous les acteurs. Une analyse multifactorielle a été mise en place, comprenant de nombreux acteurs, tels que le public, l’office cantonal de l’environnement, les habitants à proximité du cours d’eau, les gestionnaires des STEP, les pêcheurs, les associations de protection de l’environnement, les responsables de la production d’eau potable provenant du lac de Constance, etc. Les coûts des différentes solutions, les avantages et inconvénients sur différents critères ont été évalués au sein du comité du pilotage du projet. Sur la base des travaux réalisés, tous les membres sont arrivés à la conclusion qu’il fallait préférer la variante de déversement dans le lac de Constance. Le comité d’experts a décidé de recommander d’abandonner la rivière Steinach en tant que milieu récepteur des eaux usées épurées. La proposition retenue permet d’assurer un très haut niveau de protection des milieux récepteurs. Un contrôle de performance, effectué en 2017 dans la rivière Steinach sur les paramètres du système modulaire gradué (SMG) – aspect général, plantes aquatiques, diatomées, macroinvertébrés –, montre clairement une amélioration de la situation depuis le raccordement du rejet de la STEP de Hofen dans le lac de Constance.
En termes de gestion intégrée des eaux, plusieurs domaines sont considérés à différents niveaux dans l’exemple de Steinach, en plus des approche RSM (v. fig. 2). Les aspects piscicoles ont joué un rôle très important dans les choix de gestion de l’assainissement avec la volonté de créer un corridor de migration pour les espèces piscicoles. La «force hydraulique» est également impliquée par le biais du turbinage des eaux usées: cette option a été considéré dans l’ensemble des scénarios analysés et est perçue comme un point important de la solution retenue.

RÉSULTATS PASST-CH

Les résultats de l’application de l’outil PASST-CH sur les 5 exemples retenus montre des résultats cohérents (fig. 5). Bien que cet outil soit très simplifié, il permet de faire une première approximation de la possibilité de mettre en œuvre une gestion dynamique du réseau d’assainissement.
Notons que l’outil ne s’applique que pour les réseaux avec un taux de réseau séparatif inférieur à 50%: le résultat de l’analyse pour le réseau de l’ERM à Morges est donc à considérer avec précaution. Pour ce site, un certain volume de rétention pourrait être dégagé en cas de raccordement de petites STEP sur le réseau de l’ERM: ces volumes permettraient le déploiement d’une gestion dynamique par temps de pluie.
Pour l’exemple de la Chaux-de-Fonds, l’analyse montre que la gestion dynamique n’est pas conseillée: il n’y a pratiquement pas de potentiel au niveau du bassin versant et l’infrastructure n’est pas adaptée, avec l’absence de systèmes de rétention conséquent. L’outil hydrologique de prévision en place permet néanmoins d’anticiper les débits à la STEP et donc d’optimiser les traitements, ainsi que le fonctionnement du futur traitement des eaux déversées par le filtre planté de roseaux. Le résultat de l’outil PASST-CH est en phase avec les solutions retenues dans cet exemple.
Pour Lugano, l’analyse PASST-CH montre clairement le potentiel de gestion dynamique de ce réseau. Ce résultat est parfaitement cohérent avec les objectifs fixés par le syndicat: une gestion dynamique peut effectivement permettre de limiter les rejets dans les milieux récepteurs. Le résultat se situe dans la «zone verte», soit: «La gestion dynamique des installations sur le bassin versant est conseillée, le potentiel coûts/bénéfice est élevé.»
Pour Hochdorf la gestion dynamique n’est pas conseillée, alors que l’on se retrouve avec 4 BEP en interaction: le résultat peut surprendre, mais on constate dans cet exemple que la gestion du réseau à l’aide d’un ensemble de règles, établies sur la base de l’analyse des données disponibles, permet déjà de trouver une solution satisfaisante sans forcément avoir recours à une gestion dynamique. Les investigations se poursuivent pour voir si une gestion dynamique pourrait apporter une plus-value sur le fonctionnement du système.
Enfin, l’analyse PASST-CH pour Steinach montre un potentiel intéressant pour la gestion dynamique des eaux: une analyse détaillée des données opérationnelle est nécessaire pour affiner ce potentiel. Une gestion dynamique offre la possibilité de gérer de manière optimale les volumes de stockage existants, utilisés actuellement de manière très inégale, et les flux polluants très variables dans le bassin versant.