Vannes de régulation : comment limiter le débit dans les réseaux d’assainissement lors des fortes pluies
Les vannes de régulation limitent les débits dans les réseaux d’assainissement, notamment lors de précipitations moyennes ou fortes. Installées directement dans les égouts, elles aident à prévenir les débordements du réseau et les rejets polluants vers l’environnement naturel.
En cas de très fortes pluies, les stations de traitement des eaux usées peuvent parfois saturer. Pour éviter le débordement des réseaux, des rejets d'eaux usées sont alors effectués, entraînant d’importants rejets de polluants dans le milieu naturel.
La régulation des pics de débits des réseaux d’assainissement et les aménagements pour une infiltration de l’eau à la parcelle sont indispensables pour anticiper les épisodes de pluies de plus en plus intenses.
Principe de fonctionnement des vannes hydrodynamiques - F-Reg
Description de la solution
Les vannes de régulation : comment ça marche ?
Les vannes de régulation ont pour objectif d’utiliser au mieux la capacité de stockage des réseaux d’eaux urbaines, afin de réguler le débit lors des épisodes pluvieux. Ces vannes sont, pour la plupart, installées dans les collecteurs recevant majoritairement de l’eau pluviale qui sont par la suite reliés au réseau unitaire.
La plupart du temps, ces vannes restent fermées avec un débit de fuite dimensionné pour le fonctionnement « à sec » du réseau d’eaux usées. Lors des précipitations, les vannes de régulation retiennent certaine quantité d’eau dans le réseau en amont de celles-ci pour conserver un débit constant dans le réseau. Les vannes peuvent alors s'ouvrir partiellement ou totalement pour réguler le débit du réseau.
L'ouverture de ces vannes peut être réalisée de deux manières :
Les vannes de régulation pilotables
Les vannes de régulation dites pilotables peuvent être actionnées à distance par une commande directe du gestionnaire de réseau, ou alors automatiquement grâce à des capteurs de débit / pression de l’eau ou encore en prévoyance des précipitations à l’aide de stations météo.
Ces vannes ont l’avantage de pouvoir être ouvertes ou fermées selon les besoins spécifiques du gestionnaire de réseau.
Les vannes hydrodynamiques (autonomes)
La vanne hydrodynamique est commandée par la hauteur d’eau à l’amont qui génère la force nécessaire sur les vérins, permettant l’ouverture de son battant. De ce fait, c’est la pression d’eau qui pilote la vanne hydrodynamique autonome et régule son débit. La pression nécessaire pour son ouverture est dimensionnée en amont en ajustant la pression et la taille des vérins.
Ces vannes de régulation ne nécessitent pas d’arrivée électrique, de ce fait ne peuvent pas tomber en panne. Les coûts de fonctionnement, énergie et entretiens, se trouvent aussi réduits.
Dans quelle situation installer des vannes ?
Une solution adaptée à l’existant et à la zone dense
Les vannes de régulation se positionnent comme une solution peu coûteuse financièrement et adaptées aux environnements urbains avec une forte pression foncière en comparaison des bassins d’orage décrit plus haut.
Étant réalisées sur mesure, les vannes de régulation sont parfaitement adaptées aux réseaux existants, mais elles peuvent être aussi intégrées dans le cadre d’un nouvel aménagement urbain.
Pour quelle taille de réseau ?
Cette solution est plus pertinente pour des réseaux importants, possédant un grand potentiel de rétention d’eau. Dans les zones rurales, le peu de réseaux disponibles mène plutôt à la création de bassins de rétention.
Des études de faisabilités sont d’ailleurs réalisées en amont pour s’assurer de la pertinence / efficacité de cette solution dans le réseau d’assainissement considéré.
Uniquement pour les réseaux unitaires ?
Les vannes de régulation sont installées le plus souvent dans des réseaux unitaires, mais il est tout à fait envisageable de les installer dans des réseaux d’eau pluviale si le besoin est noté.
Une solution globale
Ce sont les études préalables qui déterminent le nombre et la position des vannes de régulation.
Les vannes de régulations fonctionnent en synergie. C'est-à-dire que l'effet de régulation du débit dans le réseau est permis par l'ensemble des vannes de régulation installées. Il convient souvent d'en installer un certain nombre avant d'avoir l'effet escompté.
La solution F-reg : des vannes hydrodynamiques sur mesure
F-reg est une entreprise française, située à Biot dans les Alpes-Maritimes, elle est spécialisée dans la conception de vannes hydrodynamiques.
Créée en 2015, l’entreprise a déjà installé plus de 220 vannes à travers la France.
Des vannes de régulation qui s’adaptent à tous types de conduits
Les vannes F-reg sont des vannes hydrodynamiques en acier Inoxydable. À savoir qu’elles sont autonomes et dimensionnées pour s’ouvrir avec une pression d’eau déterminée à l’avance. Cependant, F-reg propose aussi des vannes de régulation pilotable à distance selon les besoins.
Les vannes hydrodynamiques de F-reg sont réalisées sur mesure en fonction des caractéristiques du conduit. Bien que dimensionnées à l’avance, il est toujours possible d’agir sur les vérins après installation pour augmenter ou abaisser leurs résistances.
Ainsi, on peut retrouver différents types de vannes hydrodynamiques, circulaires, demi-cercles, rectangulaires ou encore ovoïdes.
Les vannes F-reg s’adaptent à tout type de conduits pour des diamètres allant de 300 mm à près de 2.5 mètres.
Les étapes d’un projet d’installation de vannes hydrodynamiques
F-reg dispose d’un bureau d’études interne qui permet de réaliser les premières études nécessaires à l’installation de vannes hydrodynamiques :
Étude d’éligibilité : À l’aide de données cartographiques sur le réseau d’eau concerné, il est possible d’estimer le potentiel de stockage et de poursuivre ou non l’étude. GO/NO GO
Étude exploratoire : dans cette deuxième l’étude, on se concentre plus localement sur les zones problématiques. Le bureau d’études cherche à identifier les déversoirs les plus actifs lors des précipitations, quantifier plus précisément les volumes de stockages disponibles en fonction de la pente, de sa longueur, de sa taille, etc.
À la suite de ces précisions, il va être possible de proposer un plan de déploiement en priorisant certains secteurs, choisis selon des critères bénéfices/coûts.
À la suite des premières études et selon le choix de la maîtrise d’ouvrage :
Étude de dimensionnement : Réalisation du profil en long des tronçons de canalisations sélectionnés avec positionnement optimal des vannes de régulation. Un scan 3D est fait pour les zones sélectionnées afin de réaliser un relevé de terrain et de déterminer la faisabilité avant de fabriquer la vanne sur mesure.
Fabrication des vannes : Les vannes sont envoyées en production.
Installation : L’exploitant en charge du réseau d’assainissement peut décider d’installer lui-même les vannes F-Reg (notice d’installation fournie) ou bien de déléguer l’installation aux techniciens de F-Reg. Ces derniers peuvent également instrumenter les solutions à la demande du gestionnaire.
Une installation facilitée et sans travaux supplémentaires
Dans l’immense majorité des cas, il n’y a pas besoin de créer de regards supplémentaires. Le positionnement des vannes étant pensé pour faciliter leurs installations, elles sont installées à proximité immédiate d’une bouche d’égout ou d’un déversoir d’orage. On introduit alors la vanne de régulation (en pièces détachées) par la bouche d’égout ou le déversoir et elle est scellée au conduit à l’aide de rivets ainsi que d’une colle spécifique.
Une durabilité accrue et peu d’entretien pour les vannes hydrodynamiques
L'absence de composants électroniques dans ce type de vannes de régulation garantit une grande fiabilité, sans risque de panne. Le peu d’éléments la constituant ainsi que sa fabrication en acier inoxydable (inox 316L) rendent la vanne hydrodynamique durable dans le temps.
Seuls les vérins sont soumis à l’usure, mais étant peu sollicités et en position de repos (vannes fermées) la plupart du temps, leur durée de vie est allongée.
Ces vannes requièrent d’ailleurs très peu d’entretien, il est conseillé de réaliser une visite par an afin de s’assurer de leur bon fonctionnement. Il est aussi possible d’instrumenter la vanne, en posant un inclinomètre qui indique son état d’ouverture.
Les vannes hydrodynamiques de F-reg sont garanties à vie si un contrat de maintenance est mis en place.
Et sans un contrat de maintenance, les vannes sont garanties deux ans.
Les vannes de régulation, une solution aux ruissellements et une alternative aux bassins d'orage
Les vannes de régulation apportent des réponses à deux problématiques
Principalement aux rejets de polluants lors de la saturation des centrales de traitement d’eau. Lors des fortes pluies, les réseaux unitaires peuvent atteindre de forts débits sur un temps très réduit.
Le débit est alors trop important pour les stations d’épuration et le trop-plein est évacué vers l’environnement sans traitement par des dispositifs appelés « déversoir d’orages ».
En France, ces rejets par temps de pluie sont récente directive européenne se veut plus ambitieuse (2%) pour empêcher ces rejets de polluants et cette limite sera amenée à baisser dans les prochaines années.
De façon secondaire aux inondations des territoires en aval de zones urbaines fortement artificialisées (voir vidéo ci-dessus). Un trop fort débit peut amener le réseau situé sur un point bas, à déborder. Le débordement de réseau d’assainissement peut alors causer des inondations localement et poser un enjeu de santé publique.
Une alternative aux bassins d’orage
Une des solutions actuellement mise en place est la création de bassins d’orage.
Ces bassins, situés dans un point bas, permettent de faire « tampon » lors des épisodes pluvieux, pour limiter les débits dans les réseaux d’assainissement. Ils remplissent lors de l’épisode pluvieux, puis se vident à débit constant à l’aide d’ouvertures reliées au réseau d’assainissement.
Cependant, ces bassins présentent quelques points faibles :
Ils nécessitent du foncier important
Des travaux de terrassement importants
Un aménagement couteux (1500 à 2000€ par m3)
Un entretien régulier
L’entretien de ces bassins est en effet primordial puisque l’évacuation a tendance à se boucher, il faut donc évacuer les débris régulièrement.
Expérimentation de la solution
Des vannes hydrodynamiques installées à Maisons-Laffitte.
En décembre 2024, nous avons pu nous entretenir avec Laurent Monier, expert réseaux d’assainissement chez Veolia, qui a supervisé l’installation des deux vannes hydrodynamiques de F-reg sur la commune de Maisons-Laffitte.
Contexte initial : une surcharge des stations d’épuration
Les eaux usées de Maisons-Laffitte sont traitées par l’usine de Seine Aval, une des plus grosses stations d’épuration du SIAAP (Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne).
Comme toutes les communes d’Ile-de-France, lors de fortes pluies, les réseaux de Maisons-Laffitte sont insuffisamment dimensionnés pour évacuer les mélanges d’eaux usées et d’eaux pluviales et, plutôt que de déborder, délestent ces mélanges vers la Seine.
Des déversoirs d’orage problématiques identifiés
Veolia, gestionnaire délégataire du réseau d’assainissement de Maisons-Laffitte, avait connaissance de déversements fréquents sur deux des treize déversoirs d’orage de la commune. Les études de modélisation et de potentiel de stockage ont mis en évidence que les déversements pouvaient être fortement réduits.
La ville a alors choisi de commencer par résoudre le problème des déversements d’un des deux déversoirs identifiés, définit comme prioritaire par l’étude préalable.
En effet, la modélisation a estimé pour ce déversoir d’orage, non auto-surveillé, 55 jours de déversements par an, représentant un peu plus de 10 000 m³ par an, soit un seuil bien au-dessus de la réglementation.
Les vannes hydrodynamiques adaptées au contexte de Maisons-Laffitte
Les collecteurs en amont se situant dans une zone densément peuplée de la commune, un bassin d’orage n’était pas envisageable pour des questions de disponibilité du foncier, en plus d’un coût financier important associé.
Veolia a alors proposé cette solution à la commune, une première en Île-de-France pour des vannes hydrodynamiques.
Veolia s’est appuyé sur ses propres retours concernant l’utilisation de vannes de régulation, car c’est une solution que le gestionnaire met en place depuis plusieurs années déjà dans les réseaux unitaires sous sa gestion.
Deux vannes hydrodynamiques F-reg installés pour résoudre les déversements.
Il a été décidé d’installer deux vannes hydrodynamiques d’un diamètre de 1000 mm, totalisant un stockage de 231 m³ et qui permettrait de passer sous le seuil des 20 jours de déversement.
Il a aussi été choisi d’instrumenter ces vannes à l’aide d’inclinomètres pour suivre leur fonctionnement, et d’installer un système de débrayage en cas d’intervention d’urgence.
Le budget de l’étude d’exécution, de la fabrication des vannes ainsi que de leur installation s’élève à environ 50 000€ HT.
Une installation de vannes hydrodynamiques qui s’inscrit dans une dynamique globale
Concernant Maisons-Laffitte, la Ville pourrait potentiellement déployer d’autres vannes hydrodynamiques pour réduire les déversements au milieu récepteur.
Plus globalement, Veolia propose de plus en plus cette solution aux communes, plébiscitée, car elle n’a pas besoin d’être alimentée en électricité et offre une durabilité accrue qui facilite son installation et sa maintenance.
Cette solution s’inscrit pleinement dans la volonté des villes à gérer l’eau de pluie à la parcelle. Dans le but d’éviter des inondations localisées et des déversements d’eau non traités dans le milieu naturel, évènements qui sont amenés à être favorisés si rien n’est fait avec les intensifications des précipitations liées au changement climatique.
Retours utilisateurs-rices
Co-bénéfices
Co-bénéfices environnementaux :
Low-tech
Maîtrise du foncier
Co-bénéfices autres :
Coûts
Coût des vannes hydrodynamiques F-reg
Les vannes hydrodynamiques F-reg étant fabriquées sur mesure, il n'est pas possible de donner un coût par vanne.
Cependant, il est possible de donner une estimation en fonction du stockage créé : entre 100 et 500 € par m3, contre environ 1500 à 2000€ par m3 pour un bassin d’orage (sans prise en compte de l’entretien).
Sources : F-Reg
Les aides financières
Les agences de l’eau subventionnent régulièrement ce type d’infrastructures.
Pour donner un exemple, Dinard, situé en Ille-et-Vilaine dans la région de la Bretagne, où 37 vannes de régulations ont été installés par F-reg, 60% du financement provient de l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne.
Faire l'état des lieux du réseau : une étape préalable indispensable à l'installation de vannes
Avant d’envisager une installation de vannes de régulation, il est nécessaire de réaliser un état des lieux du réseau d’assainissement concerné, y compris en visuel, à l’aide de caméras par exemple. Il peut arriver que des branchements ne figurent pas sur la cartographie actuelle et peuvent fausser les calculs de l’étude préalable.
Il convient aussi de s’assurer de la présence de clapets anti-retour dans les branchements en amont des sites d’emplacement des vannes hydrodynamiques.
Un réseau d’eaux usées de faible pente
Plus les canalisations possèdent de faibles pentes (inférieures à quelques pourcents), plus le potentiel de stockage est important, plus l’installation de vannes de régulation est pertinente.
Prestataire(s)
F-reg
Lauréat Adaptaville 2024
F-reg est une entreprise spécialisée dans la conception de vannes hydrodynamique. L’entreprise comporte un bureau d’étude interne qui permet de réaliser les études préalables à l’installation de vannes de régulation.
