L’eau n’est pas rare mais elle doit être recyclée

Lire l'article en .pdf
mines & carrières 229 - octobre 2015

 

Le district Centre Ouest de la Sim s’est intéressé au recyclage de l’eau dans le traitement des granulats calcaires de Beauce, lors d’une journée technique qui a eu lieu au printemps, le 17 juin. Elle a été l’occasion de présenter l’installation de pressage des boues la plus importante de France, chez SMBP à Prasville (28), où chaque année pas loin de 200 000 m3 d’eau sont économisés. Cette journée a aussi permis de faire un point sur la problématique de la nappe de Beauce. La plus importante de France.

 

Pour améliorer le taux de recyclage des eaux de process, supprimer les bassins de lagunage et diminuer les surfaces d’exploitation en cours de réaménagement, la société SMBP a mis en service une installation de pressage des boues issues du lavage des matériaux à Prasville (Eure-et-Loir). Cette unité est équipée de trois presses Bilfinger (ex-Diemme) GHT 4x4 munies de plateaux de 2 m x 2 m assurant une production de 1 000 tonnes/jour de galettes pelletables. Sa présentation a constitué le point d’orgue de la journée, car elle demeure à ce jour unique en France, voire en Europe… Avant de dévoiler cette réalisation, plusieurs intervenants se sont succédé pour évoquer la problématique de la nappe de Beauce.

La nappe de Beauce est une véritable éponge

Pour comprendre comment fonctionne la nappe de cette région, Jean-Pierre Allaire, le président du district Centre Ouest de la Sim et organisateur de la journée, a fait intervenir Damien Salquèbre, hydrogéologue régional au BRGM.

Ce spécialiste a expliqué que la nappe de Beauce est un réservoir géologique complexe. Il s’agit de la plus grande nappe de France et même d’Europe, que l’on peut qualifier de “véritable éponge” naturelle, tant elle joue un rôle environnemental régulateur.

Le calcaire que l’on trouve correspond à l’extension d’un lac qui s’est formé entre 43 et 25 millions d’années. La sédimentation calcaire atteint 200 m d’épaisseur vers Pithiviers, c’est le maximum que l’on puisse trouver. Le réservoir aquifère est constitué principalement, mais non exclusivement, de calcaires empilés dans une cuvette. Le fonctionnement de la nappe montre que son moteur d’alimentation est la pluviométrie qui assure la recharge de la nappe : l’eau se vidange naturellement en alimentant en périphérie des rivières exutoires qui y trouvent leur source, comme la Conie, la Voise, l’Aigre (résurgence) ou des rivières qui la bordent comme le Loir ou la Loire1.

L’eau est en perpétuel mouvement, régulièrement renouvelée par des précipitations efficaces. Mais en raison de son inertie importante, l’évolution du niveau de la nappe est caractérisée par des cycles pluriannuels. Il faut plusieurs années pour charger comme pour décharger cette nappe. Or depuis 10 ans, on observe une tendance à la baisse de son niveau bien qu’il y ait eu une forte remontée dans les années 2000.

Autre phénomène à prendre en compte : les vents. Ils soufflent fort sur la Beauce favorisant l’évapotranspiration. Et s’il pleut annuellement 600 mm, seuls 120mm sont disponibles pour l’infiltration Enfin, concernant la qualité des eaux, l’hydrogéologue du BRGM a précisé que la nappe de Beauce souffre d’une pollution généralisée sur la première nappe causée par des produits phytosanitaires.

Vers une gestion mieux raisonnée des prélèvements en eau

Un point a été fait par Jean-Pierre Allaire sur les obligations des exploitants concernant les prélèvements et le recyclage des eaux. « Suite à la grande sécheresse du début des années 1990, ayant notamment provoqué en 1992 un assèchement exceptionnel et long de la Conie, en aval de la Goure de Spoy, la gestion quantitative de la nappe de Beauce s’est trouvée au coeur des problématiques du département », a-t-il expliqué.

Ces premières mesures réglementaires ont été renforcées en 1999 par un dispositif de régulation des volumes prélevés. C’est à partir de 2000 que le SAGE de la nappe de Beauce a été élaboré. Il détermine les modalités de la gestion quantitative de la nappe. Le 11 juin 2013, les préfets des départements concernés (Loiret, Eure-et-Loir, Loir-et-Cher, Seine-et-Marne, Yvelines et Essonne) ont approuvé par arrêté le SAGE “nappe de Beauce et milieux aquatiques associés”.

Quels sont les volumes annuels pouvant être prélevés pour les usages économiques ? Sont concernés tous les prélèvements à usage économique (hors irrigation), en nappe ou en eau superficielle, réglementés au titre de l’article L.214-1 du Code de l’environnement ou utilisés pour le fonctionnement d’une installation classée pour la protection de l’environnement visée par l’article L.511-1 du Code de l’environnement.

On entend par “prélèvements à usage économique” tous les prélèvements qui ne constituent pas un usage domestique de l’eau, tel qu’il est défini dans l’article R.214-5 du Code de l’environnement.

Le volume maximal prélevable par an pour les usages économiques (hors irrigation) est de 40Mm3 dont 11Mm3 pour les prélèvements effectués à partir de la nappe captive des calcaires de Beauce sous la forêt d’Orléans.

Des eaux de procédé intégralement recyclées

Concernant les carrières, l’arrêté du 22 septembre 1994 (18.2.1. eaux de procédés des installations) prévoit que «les rejets d’eau de procédé des installations de traitement des matériaux à l’extérieur du site autorisé sont interdits. Ces eaux sont intégralement recyclées. Le circuit de recyclage est conçu de telle manière qu’il ne puisse pas donner lieu à des pollutions accidentelles. Un dispositif d’arrêt d’alimentation en eau de procédé de l’installation est prévu en cas de rejet accidentel de ces eaux ».

Toute demande de prélèvement en eaux souterraines doit se faire en application des textes :
– les articles L.214-1 et suivants, R.214-1 et suivants du Code de l’environnement ;
– l’arrêté ministériel du 11 septembre 2003 modifié fixant les prescriptions générales applicables aux prélèvements soumis à déclaration ;
– l’arrêté ministériel du 11 septembre 2003 modifié fixant les prescriptions générales applicables aux prélèvements soumis à autorisation.

Dans le cas d’un ouvrage de prélèvement ou de surveillance réalisé dans le cadre d’une installation classée, la procédure “installation classée” prévaut sur la procédure “loi sur l’eau”, excepté dans le cas d’une installation classée relevant du régime déclaratif lorsque le forage et/ou le prélèvement ne sert pas au fonctionnement de l’ouvrage ou de l’activité pour laquelle elle est classée2.

Un prélèvement en eaux souterraines est soumis à une procédure de déclaration ou d’autorisation au titre des rubriques 1.1.2.0 (prélèvements en eaux souterraines) ou 1.3.1.0 (prélèvement dans une zone de répartition des eaux ou ZRE), dans les cas suivants :
– volume prélevé annuellement supérieur à 1 000m3/an (hors ZRE) ;
– volume annuel maximal compris entre 10 000 et 200 000 m3/an : déclaration ;
– volume annuel maximal supérieur à 200 000m3/an : autorisation (en ZRE) ;

Le débit maximal de prélèvement inférieur à 8 m3/h est soumis à déclaration, et le débit maximal de prélèvement supérieur à 8m3/h est soumis à autorisation.
Pour l’industrie minérale, sont E-PRTR3 (n° 166/2006) :
– des sites effectuant une extraction souterraine et des opérations connexes ;
– des sites effectuant une extraction à ciel ouvert ou une exploitation en carrière lorsque la superficie du site où sont effectuées des opérations d’extraction est égale ou supérieure à 25 ha.

Consommation, déclaration et redevance

Les déclarations GEREP4 des volumes d’eau prélevés en mètre cube sur l’année concernent :
– les eaux de surface (cours d’eau, rivières…), les eaux souterraines (forages, puits) ;
– les eaux du réseau de distribution (réseau d’eau potable).

Le seuil de déclaration est :
– supérieur à 7 000 m3/an s’il y a prélèvement au milieu naturel ;
– supérieur à 50 000 m3/an s’il y a prélèvement au réseau d’adduction d’eau potable (AEP).

Selon l’arrêté du 19 décembre 2011 relatif à la mesure des prélèvements d’eau et aux modalités de calcul de l’assiette de la redevance pour prélèvement sur la ressource en eau, tout exploitant a l’obligation de déclarer à l’Agence de l’eau (avant le 1er avril) les volumes d’eau prélevés l’année précédente. Si la redevance dépasse un seuil fixé par l’Agence, des acomptes au titre de l’année n peuvent être mis en recouvrement sans toutefois dépasser 60% de la redevance calculée sur la base de l’assiette de l’année n-1 et des taux de l’année n.

L’Agence de l’eau peut accorder des aides

L’Agence de l’eau est intervenue pour présenter sa mission d’intérêt général. Cet établissement public de l’État compte six agences sur le territoire national et l’objectif de chacune d’entre elles est de veiller au bon état des eaux, à la restauration des cours d’eau et des zones humides. L’Agence de l’eau fonctionne à l’aide de grands programmes établis sur 5 ans et visant à réduire les sources de pollution, à traiter les pollutions et à limiter les consommations d’eau. Elle applique le principe fondateur de chaque bassin fondé sur la solidarité : celui qui pollue paye une redevance, et celui qui dépollue reçoit une subvention. Ainsi pour 100 € de redevances collectées, 70,02 € proviennent de redevance de pollution domestique (payée par les abonnés), 9,79 € de redevance payée par les collectivités pour l’alimentation en eau, 7,94 € de redevance de pollutions diffuses acquittée par les distributeurs de produits phytosanitaires, 5,51 € de redevance de prélèvement provenant des activités économiques, 3,96 € de redevance de pollution payée par les industriels,
1,46 € de redevance de prélèvement payée par les irrigants, 0,66 € de redevance de pollution payée par les éleveurs, et 0,66 € de redevance pour la protection du milieu aquatique.

Pour la SMBP, l’agence de l’eau est intervenue dans le cadre du financement du projet de l’unité de pressage des boues, car il favorise le recyclage de l’eau. Lorsque
l’Agence de l’eau a été consultée, la situation de la SMBP était la suivante : l’alimentation en eau de l’installation était assurée par un forage en nappe de Beauce de 345 000 m3/an (usage industriel uniquement) ; le lavage des granulats produisait des eaux chargées qui étaient traitées par floculation (elles le sont encore) générant d’importants volumes de boues qui étaient mises à décanter dans des lagunes de 7 m de profondeur sur une surface de 3 ha ; l’eau de surface s’évaporait après 2 à 3 années de stockage.

Le projet actuel de la SMBP consiste à extraire l’eau des boues par pressage en vue d’un recyclage en production, économisant ainsi un volume d’eau de forage (classée en zonage quantitatif) d’environ 184 000 m3/an. Le plafond de financement de l’agence pour un projet d’économie d’eau comme celui de SMBP a été estimé à 10 €/m3 financés à hauteur de 50 %. Ce sont donc 920 000 € de subvention qui ont pu être versés à l’exploitant dans le cadre de son projet de technologie propre, comme l’a rappelé le représentant de l’Agence de l’eau, Hakim Taleb.

Pour établir ce budget5, l’agence de l’eau s’est basée sur un retour sur investissement inférieur à 2 ans, calculé sur le coût de l’eau moins les coûts de fonctionnement supplémentaires.

Une installation Sotres de 17 ans

Bernard Raturat, de l’entreprise Sotres, a rappelé le contexte dans lequel son entreprise est intervenue à la fin des années 1990. En 1995, l’installation de la SMBP fonctionnait par voie sèche, ce qui nécessitait un scalpage à 150 mm et l’élimination du 0/40 mm soit plus de 40 % des produits extraits. En quelques années d’exploitation, c’est une véritable montagne de précriblés qui s’est constituée, nécessitant un lavage.

Mais une question restait à résoudre : quel pouvait être le débit d’eau pour réaliser cette opération ? Pour retraiter ces produits, sans oublier ceux venant de l’extraction, l’installation de lavage devait être dimensionnée pour un débit de 600 t/h de 0/150 mm, le débit d’eau nécessaire pour traiter ces matériaux ayant été fixé à 1 500 m3/h avec un appoint d’eau neuve de 60 m3/h. C’est sur ces bases que les performances de l’installation Sotres ont été fixées par l’exploitant.

Elles sont résumées ainsi :
– à partir d’un gisement contenant des argiles d’altération, produire un sable 0/4 mm ayant un équivalent sable de 80 à 85 pour assurer la fabrication de bétons de qualité ;
– valoriser un ancien stock de précriblés en le mélangeant au tout-venant exploité ;
– traiter par voie humide 600 t/h de matériaux contenant jusqu’à 90 t/h d’éléments inférieurs à 80 micromètres alors qu’on ne dispose que de 60 m3/h d’eau neuve face aux 1 500m3/h indispensables au lavage ;
– garantir que la concentration des boues d’argiles et des éléments fins sera comprise entre 600 et 800 g/l ;
– assurer le refoulement de la boue, aux concentrations garanties, sur une distance horizontale minimale de 1 000 m et une dénivelée de 14m ;
– garantir une durée de vie d’au moins un an pour les pièces d’usure des pompes et en particulier les pompes à boues PCM.

Après 17 années de service, seules les pompes ont été changées. L’installation est toujours en service.

Un procédé de lavage comportant un double cyclonage

Les produits 0/150 mm provenant du scalpage primaire, et contenant une proportion plus ou moins importante de précriblés stockés, dont le 0/40 mm comporte jusqu’à 35 % d’inférieurs à 80 ?m, sont introduits à raison de 600 t/h dans un débourbeur avec 700 m3/h d’eau. Les matériaux attritionnés sont ensuite rincés sur un crible horizontal Skako à deux étages (400 m3/h d’eau d’appoint) qui sort les fractions 20/150 mm, 4/20 mm et 0/4 mm. C’est ce 0/4 mm qui est dirigé vers l’installation Sotres pour y subir un double cyclonage. À cette étape, le débit total d’eau utile au double cyclonage de 1 100m3/h venant du débourbeur et l’eau de rinçage du crible est de plus de 400 m3/h d’eau d’appoint. La production de ce poste est de 160 t/h de sable 0,08/4mm lavé et essoré.

Les argiles et les fines inférieures à 80 micromètres peuvent atteindre 90 t/h. Ce sont elles qui sont envoyées vers les filtres-presses une fois récupérées du décanteur.

Avant que l’usine de pressage de boue soit montée, il fallait évacuer 180 t/h de boue (concentrée à 160 g/t voire à 300 g/t lorsque les argiles étaient difficiles à traiter) à l’aide des pompes PCM équipées d’un variateur de vitesse.

1 000 tonnes de boues sèches produites chaque jour

Deux pompes envoient cette boue vers l’unité de pressage selon un débit de 1 200 m3/j représentant 800 t de matière sèche. À l’entrée de cette unité, deux bassins de 500 m3 stockent la boue liquide afin d’alimenter l’installation de pressage en continu qui travaille 24 heures sur 24. Dans les bassins, la boue est constamment agitée pour qu’elle garde son homogénéité.

Chaque filtre-presse (il y en a 3) est constitué d’une poutre haute qui supporte le poids des plateaux tandis que la fermeture est assurée par quatre vérins qui travaillent en traction. Contrairement aux systèmes traditionnels “à poussée”, le système à traction ne transmet aucun effort à la poutre : elle reste sujette au poids des plateaux qui lui sont suspendus. En effet, les forces exercées par le mécanisme de fermeture soumettent les tirants à une sollicitation de traction qui empêche la formation de flexion sur le châssis, éliminant ainsi le risque de déformation structurelle.

Les boues arrivent sur chaque filtre-presse par les extrémités, grâce à une tuyauterie à double alimentation. Chaque filtre-presse est alimenté par une pompe centrifuge à double étage de 200 m3/h qui monte à une pression de 15 bar. La pompe remplit les chambres selon un débit élevé et une pression basse en début de cycle. Au fur et à mesure que le gâteau se forme dans la chambre, la pression monte et le débit diminue pour tendre vers zéro. La déshydratation s’opère alors sous l’effet de la pression délivrée par la pompe. L’empilement des plateaux vise à créer une tuyauterie à l’intérieur des gâteaux permettant à l’eau de sortir. Cette eau est collectée puis envoyée vers deux bassins de stockage d’une capacité de 400 m3 chacun. Le stockage des filtrats sert à réutiliser l’eau dans le circuit de lavage des matériaux. Il faut préciser qu’étant donné la plage horaire de travail des filtres-presses (24 heures sur 24), l’eau est gardée en stock durant la nuit puis recyclée en journée. Les filtrats arrivent ensuite dans un bassin équipé de deux pompes immergées pour assurer leur renvoi vers le décanteur situé à 2,5 km de l’unité de pressage.

La mécanique de débâtissage est logée à l’intérieur des deux poutres d’un filtre-presse, à l’abri de la corrosion et des projections de boue. Elle participe au déchargement des gâteaux et évite que plusieurs d’entre eux tombent en même temps. Ce débâtissage à carrousel gère le déplacement séquentiel des plateaux grâce à un système automatique de transmission par chaîne contrôlé à l’aide d’un variateur de fréquence. Les 169 gâteaux d’un filtre-presse tombent alors les uns après les autres, en 7 mn, dans une case située juste en dessous. L’unité en compte deux offrant un stockage de boue pressée de 600 m3/j. Chaque jour, ce sont 1 000 tonnes de boue pressée qui sont extraites de cette unité. Rendue pelletable, la boue pressée présente une siccité de 75 %, ce qui permet de la reprendre à la chargeuse dans les cases et de la transférer par tombereaux vers le site de remblaiement de la carrière.

Pour éviter d’utiliser l’eau du réseau lors du lavage des toiles des filtres-presses et des sols de ce bâtiment, une partie des filtrats est reprise à travers un filtre à sable qui alimente un réseau d’eau claire sous pression. C’est cette eau qu’utilise le robot de lavage de chaque filtrepresse : il se déclenche de lui-même entre 100 et 300 pressées. Grâce à lui, les toiles sont propres, la filtration est convenablement réalisée et le débâtissage entièrement automatique.

Dossier d’extension en phase d’enquête : patience et longueur de temps…

Avant que cette unité de pressage soit en service, le lagunage des boues occupait une surface de 6 hectares dans le périmètre de la carrière. Ce n’est plus le cas désormais. L’exploitant récupère ces terrains et se projette toujours plus loin. Si ce projet de pressage des boues a nécessité 6 années de réflexion, Christian Laye reste patient (c’est la reine des vertus) et espère beaucoup dans le dossier d’extension qui est entrée en phase d’enquête. On verra peut-être d’ici peu un quatrième filtre-presse en service à Prasville.

Jean-Pierre Le Port

 

1. Les résurgences de la nappe de Beauce peuvent assurer jusqu’à 25 % du débit estival de la Loire à Blois.
2. Dans ce cas, le forage et le prélèvement relèvent de la nomenclature relative à la loi sur l’eau.
3. Il s’agit du registre européen des rejets et des transferts de polluants.
4. Ce sont les déclarations annuelles des émissions polluantes et des déchets.
5. Le montant des travaux engagés par SMBP s’est élevé à 5,4 M€ dont 2,5 M€ relevant des trois filtres-presses