SOMMAIRE

Objectifs

Choix du site

Choix du polluant

Contraintes aval

 INITIATION AU SYSTEME DE MANAGEMENT ENVIRONNEMENTAL 

REJET D'UN POLLUANT DANS UN COURS D'EAU

2. LES OBJECTIFS ET LES CHOIX DE L'ETUDE NUMERIQUE

2.1 Les objectifs de la simulation numérique

    L'étude numérique qui va suivre permet d'esquisser ce qui pourrait être commandé à un bureau d'étude par un industriel soucieux de connaitre l'impact et le devenir de ses rejets. Dans le cadre d'une certification environnementale, cette étape est essentielle. La nature même du code de calcul utilisé et du contexte de l'étude va amener à des simplifications importantes du problème.

Objectif pédagogique

L'objectif de cette partie de simulation numérique est avant tout pédagogique. En effet elle n'émane pas de la proposition d'un industriel à un bureau d'études de simuler la dispersion des effluents sur ses sites de production. Il s'agit plutôt de planifier le déroulement d'une telle étude, qui s'inscrirait inévitablement dans la préparation d'une certification environnementale.

A ce titre nous avons procédé à de nombreuses hypothèses simplificatrices, puisque nous avions entière possibilité de choisir le site étudié, la nature du polluant rejeté,...

Néanmoins cette étude s'insère dans un cadre industriel puisqu'elle suit toute la partie d'analyse des installations industrielles et des normes de qualité des eaux résiduaires. Ainsi elle s'appuie sur des considérations pratiques, ce qui apparaîtra par la suite dans les solutions proposées à la suite de l'interprétation des résultats numériques en partie 3.

Objectif numérique

Un autre objectif est purement numérique puisque, en prélude à la présente étude, l'installation du logiciel LIDO a fait l'objet d'un projet dans l'option Mécanique des Fluides Numérique. Il a ensuite fallut se familiariser avec le logiciel (avec la rédaction d'un manuel d'utilisation) pour l'appliquer au cas particulier de la dispersion d'un polluant dans un cours d'eau.

L'outil numérique est nécesaire pour modéliser et prévoir l'évolution d'un rejet continu ou accidentel dans cours d'eau. En l'occurence, le code de calcul utilisé étant 1D, un rejet chronique n'est pas pertinent à suivre. En revanche nous pourront suivre la dispersion d'un rejet accidentel de concentration anormalement élevée.

Toutefois l'utilisation du logiciel 1D restreint considérablement la variété de situations modélisables. Nous nous limiterons donc à simuler la dispersion d'un rejet accidentel de concentration variable, mais néanmoins au-dessus de la normale, dans un cours d'eau pour 3 valeurs de débit différentes.

2.2 Le choix du site et de ses caractéristiques

Le site

Dans un premier temps nous avions envisagé de situer géographiquement notre étude dans la région grenobloise (pour diverses raisons) et de choisir la rivière Drac comme milieu récepteur. Cette rivière est en effet bordée de maints sites industriels jusqu'à sa confluence avec l'Isère à Grenoble et ses caractéristiques nous paraissaient "raisonnables" (dimensions, débits). Après avoir contacté la DDE de l'Isère, qui aurait pu nous fournir des hydrogrammes du Drac, nous avons constaté l'absence totale de données topographiques (essentielles pour la construction du modèle numérique).

Nous avons donc du nous résigner à construire un cours d'eau de toute pièce, ce qui n'allait pas à l'encontre de nos objectifs, qui étaient purement pédagogiques (le sujet n'étant pas issu de la demande d'un industriel). De plus le temps économisé sur la recherche fastidieuse de données géographiques a pu être mis à profil pour se documenter sur la nature des effluents industriels.

Nous avons donc choisi une rivière de dimension assez modeste et de pente moyenne 5 m/km (pour conserver un régime fluvial). La géométrie est définie par 24 profils en travers espacés de 200 m environ définis de manière assez grossière (10 points par profil maximum. Ceci est justifié car LIDO fonctionne en 1D et donc la précision de la géométrie n'a pas besoin d'être "maniaque". De même il n'est guère possible de prendre en compte des singularités le long du cours d'eau.

    Démarche réelle: le recueil des données est souvent fastidieux mais néanmoins essentiel. Dans le cas d'un site réel, IL faut se procurer des cartes topographiques ou des profils en travers récents (car entre temps des crues peuvent l'avoir modifié notablement) des lits mineurs et majeurs (si risques de débordement).

L'hydrographie

Les débits utilisés pour la simulation représentent l'étiage, le module et la limite de débordement du lit mineur.

Il est exclu de simuler une crue inondant le lit majeur, car soit le centre de production sera arrêté à cause du danger, soit il continuera à fonctionner, mais alors la dilution de l'effluent dans la rivière sera telle (fort débit) que l'incidence en sera faible à l'aval. Ceci est évidemment une analyse qualitative simplificatrice, mais tout à fait envisageable puisque le débit de rejet reste normalement constant, quel que soit l'état du cours d'eau.

    Démarche réelle: il faut pouvoir disposer d'un hydrogramme précis du cours d'eau (relevé du débit en fonction du temps sur une année type par exemple) ainsi que des valeurs courament usitées: le module et les débits de crues annuelles, décennales,...(au-delà c'est peut-être superflu pour les raisons évoquées ci-dessus)

2.3 Le choix du polluant suivi

Nature du polluant

Le chapitre décrivant la composition des effluents industriels illustre la grande variété de composés présents dans ces liquides. Chaque famille de composé est régie par des règles propres: dispersion, réactivité chimique et/ou biologique, cinétique chimique, comportement dans l'eau (dissolution, flottement, charriage), dégradation progresive de l'espèce,...sans oublier la pollution thermique, dont les particularités, y compris hydrodynamiques, sont évidentes.

Exemple d'un mauvais choix: le soufre n'est pas intéressant pour ce type de modélisation car s'il est colloïdal il se solidifie au contact de l'eau puis il coule. Il n'y a pas de dispersion .

Malheureusement ces spécificités ne peuvent faire ici l'objet d'une modélisation complète, car LIDO ne dispose pas d'un module de prise en compte de ces paramètres. Ainsi on ne peut modéliser que l'évolution du polluant au cours de sa dispersion par le courant. Le polluant est donc considéré comme étant inerte. D'un point de vue numérique sont nom a donc peu d'importance. Pour fixer les idées nous prendrons de la matière organique dissoute, par exemple des phénols.

    Démarche réelle: l'industriel, qui connait bien la nature des effluents, doit en fournir la composition précise aux modélisateurs afin qu'ils déterminent quels composés doivent être pris en compte. Il faudrait aussi disposer d'un code de calcul possédant un module de prise en compte de leurs caractéristiques chimiques (Mike 11 par exemple).

Concentration du rejet

Il sera intéressant d'étudier la propagation de cet effluent en fonction de la concentration de départ, qui sera donc variable (suite par exemple aux modifications apportées au système de production ou au pré-traitement des rejets).

Installation de rejet

En revanche il n'est pas non plus possible de modéliser différentes façons d'insérer l'effluent dans la rivière (ponctuellement par une conduite ou linéairement afin de bénéficier de l'effet de dilution cf schéma ci-dessous). Ceci est regrettable car le mode de rejet peut être déterminant.

Rejet ponctuel (1 conduite d'amenée)

Avantages: le panache est localisé dans la rivière

Inconvénients: les concentrations sont fortes dans le panache

Rejet linéaire (sur toute la largeur de la rivière)

Avantages: effet de dilution (faibles concentrations)

Inconvénients: toute la rivière est contaminée

2.4 Les contraintes aval liées à l'usage de l'eau

Un aspect essentiel concerne les contraintes liées à l'utilisation de l'eau à l'aval du point de rejet. De ces contraintes (base de loisirs, station de pompage, irrigation,...?) vont dépendre les concentrations limites en substances polluantes. Ce sont des paramètres décisionnels essentiels.

Par exemplel'eau d'irrigation doit avoir une salinité comprise entre 500 et 1500 mg/l. En particulier 100<NaCl<350 mg/l, 0.1<Cu<1 mg/l, etc...

Nous supposerons que l'aval du point de rejet est fortement convoité par plusieurs activités, notamment par une base de loisirs et une station d'eau potable (respectivement à 500 m et 250 m à l'aval).