Mesurage de l'infiltration et de l'exfiltration dans les réseaux d'assainissement
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Nowadays, the measurement of infiltration and exfiltration in sewers systems is not done with accurate and/or adapted methods. This fact is the starting point of the European research program APUSS which this PhD thesis joins. The main objective of this thesis is to apply in Lyon the measurement methods developed in the framework of this research program: measurement of infiltration with the use of natural water isotopes (Kracht, 2001) and measurement of exfiltration with the use of artificial tracers (NaCl) according to Rieckermann (2002). In Lyon, natural water isotopes can be used to estimate infiltration because of the different origins of drinking water and groundwater. For some experimental sites, the difference of d18O between drinking water and groundwater varies between 1,5 % and 3 % depending on the season. The infiltration fraction can then be estimated with an uncertainty that varies between 8 % and 4 % of dry weather flow. As this method cannot be applied in all contexts, a listing of existing methods was made in order to realize two comparative studies. According to the method used, the estimated value of infiltration fraction varies on average with 20 % of dry weather flow. However, this strong variability seems to have a limited impact on the hierarchisation of infiltration contributions realised during a diagnose study. The study of uncertainty variability according to the number of dry weather days used for the calculation of a total amount of infiltration shows that a diagnose study based on the night flow analysis must have a sufficient duration in order to observe 8 to 10 days of dry weather. The relative uncertainty in the total amount of infiltration is then reduced with a factor 5 with respect to the uncertainty in a daily amount. The measurement method of exfiltration with the use of artificial tracers has been applied on the Ecully catchment on a collector of 1 km in length. The estimated exfiltration rates vary between 2 and 17 % and the uncertainty is close to 1 %. A light season effect can be observed between the several measurements campaigns realized from July till November, 2003. The application of an exfiltration measurement is not easy because of the variability of the flow rates and the conductivity baseline of wastewater. Technical specifications are suggested in order to realize the measurement in the best possible conditions. There are no ideal measurement methods but a set of methods that can be applied according to the experimental conditions specific to the studied site. Additional experiments are necessary to better define the conditions of use and validity of the developed and existing methods. For infiltration, the data acquired within the framework of the self monitoring of sewer systems can be used for this purpose with as objective the continuous measurement and its use for the development of infiltration prospecting strategies.
Abstract FR:
A ce jour, le mesurage de l'infiltration et de l'exfiltration dans les réseaux d'assainissement n'est pas réalisé avec des méthodes précises et/ou adaptées. Ce constat est à l'initiative du programme de recherche Européen APUSS dans lequel ce travail s'inscrit. Le principal objectif de cette thèse est de mettre en œuvre, sur le Grand Lyon, les méthodes de mesure développées dans le cadre de ce programme de recherche : mesurage de l'infiltration par traçage naturel des isotopes de la molécule d'eau (Kracht, 2001) et mesurage de l'exfiltration par traçage artificiel au NaCl (Rieckermann, 2002). Sur le Grand Lyon, le traçage naturel des isotopes de la molécule d'eau peut être utilisé pour estimer l'infiltration en raison des origines différentes de l'eau potable et des eaux souterraines. Sur certains secteurs, l'écart de d18O entre eau potable et eaux souterraines varie entre 1,5 œ et 3 œ selon les saisons. La fraction d'infiltration peut alors être estimée avec une incertitude qui varie entre 8 % et 4 % du débit de temps sec. Cette méthode ne pouvant pas être appliquée dans tous les contextes, un recensement des méthodes traditionnelles a été effectué afin de réaliser deux études comparatives. Selon la méthode utilisée, la valeur estimée de la fraction d'infiltration varie en moyenne de 20 % du débit de temps sec. Toutefois, cette forte variabilité semble avoir un impact limité sur la hiérarchisation des apports d'infiltration effectuée lors d'une étude diagnostic. L'étude de la variabilité de l'incertitude en fonction du nombre de jours de temps sec utilisés pour le calcul d'un volume total d'infiltration montre qu'une étude diagnostic reposant sur l'analyse du débit en période nocturne doit avoir une durée suffisante pour observer 8 à 10 jours de temps sec. L'incertitude relative associée à un volume total d'infiltration est alors réduite d'un facteur 3 par rapport à celle associée à un volume journalier. La méthode de mesure de l'exfiltration par traçage artificiel a été mise en œuvre sur le bassin versant d'Ecully au niveau d'un collecteur présentant un linéaire de 1 km. Les taux d'exfiltration estimés varient entre 2 et 17 % et l'incertitude est de l'ordre de 1 %. Un léger effet de saisonnalité a été mis en évidence entre les différentes campagnes de mesure réalisées de juillet à novembre 2003. La mise en œuvre d'une mesure d'exfiltration n'est pas aisée en raison de la variabilité du débit et de la conductivité de base des eaux usées. Des spécifications techniques ont été apportées afin de réaliser le mesurage dans les meilleures conditions possibles. Il n'existe pas de méthodes de mesure idéales mais un ensemble de méthodes qui peuvent être appliquées en fonction des conditions expérimentales propres au site étudié. Des expérimentations complémentaires sont nécessaires afin de mieux définir les conditions d'emploi et de validité des méthodes développées et existantes. Pour l'infiltration, les données acquises dans le cadre de l'autosurveillance réglementaire des réseaux d'assainissement peuvent être utilisées à cette fin avec pour objectif le mesurage en continu et son utilisation pour la mise en œuvre d'une stratégie de prospection des infiltrations.