Matériel et Méthodes

1.1 Situation géographique et campagnes

L'agglomération parisienne, avec près de 10 millions d'habitants et un réseau d'assainissement majoritairement unitaire, représente une pression majeure sur la rivière Seine. Par temps de pluie, les eaux qui ne peuvent transiter dans le réseau ou être traitées par les stations d'épuration sont déversées en plus de 200 points, répartis sur l'ensemble de l'agglomération.

Environ 50% de ces rejets, pour une forte pluie, sont concentrés en quelques points de déversement, le plus important dans l'état actuel du réseau étant celui de Clichy. Ces déversements contribuent en période estivale à des déficits en oxygène dissous importants. Des situations d'anoxie peuvent se produire plusieurs fois par an dans la Seine, elles compromettent gravement la vie piscicole.Des déversements ont ainsi pu être suivi in situ pour trois situations en juillet-août 1995 et 1996. La base de donnée est complétée par une caractérisation de l'état du milieu hors événement pluvieux (Seidl et al., soumis-b). On dispose ainsi de séries de

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Figure 1 .-Secteur échantilloné lors des suivis des déversements de Clichy. Points de déversement (Clichy et la Briche. fléchés) et ponts d'où ont été effectué les mesures (traits gras).

mesures du carbone organique dissous et particulate, des biomasses hétérotrophes et de ieur activité et de données d'oxygène dissous qui constitue un paramètre de qualité intégrateur de ce type d'impact, En outre, des données de matières en suspensions (MES), ammonium et conductivité permettent de mieux cerner la position des rejets et le transfert des suspensions.

Ces campagnes ont été réalisées en aval du rejet majeur de Clichy (PK 23.4) (figure 1), nous avons choisi d'étudier plus particulièrement la campagne la plus complète, du 22 août 1996.

Ces données sont complétée par des séries de données aimablement fournies par le SIAAP, consistant en des suivis en continu de la température et de l'oxygène à Asnières et Colombes (figure 2), ainsi que de mesure de chlorophylle a effectuées dans le même secteur une à deux fois par semaine entre avril et octobre.

Epinay (PK 32)

Figure 2 : Seine sur 100 km à la traversée et en aval de Paris. Points de mesures du SIAAP (italique) et points majeurs de déversement (gras). Secteur échantillonné lors des suivis des déversements de Clichy (encadré).

Caractérisation des rejets urbains 130

1.2. Le modèle PROSE

Le modèle biologique RIVE décrit de façon déterministe les processus biologiques de croissance et de mortalité bactérienne et phytoplanctonique, et simule l'impact de ces processus sur les teneurs en carbone, azote, phosphore et oxygène. Le schéma conceptuel se fonde sur la description de processus appréhendés par l'expérience et décomposés en étapes élémentaires.

Les paramètres introduits dans le modèle sont pour la plupart mesurés expérimentalement. Les valeurs de références de ces paramètres ont été rapportés par Servais et Garnier. 1993, Garnier et al., 1995 ou encore Biîlen et al. (1995) pour une description complète de RIVE.

Une bonne simulation de l'hydraulique et du transport est indispensable pour simuler correctement l'évolution des principaux paramètres de la qualité de l'eau. En période estivale où les vitesses sont faibles, l'évolution de la qualité de l'eau du milieu est largement conditionnée par le temps de séjour dans les différents biefs. La dispersion se traduit quant à elle par une homogénéisation progressive des pics de concentration. Les caractéristiques hydrodynamiques conditionnent également les flux de dépôt et de remise en suspension des particules, qui influencent en retour les processus biologiques.

Le logiciel PROSE ajoute aux équations décrivant la microbiologie, une simulation détaillée des processus hydrodynamiques et de transport. Il fonctionne avec des pas de temps réduits (typiquement cinq minutes), et est capable de fonctionner de façon complètement transitoire.

Il a plus particulièrement été mis en œuvre pour étudier les impacts des rejets urbains de temps sec et de temps de pluie. Le réseau hydrographique avec plusieurs affluents ainsi que les îles sont pris en compte grâce à une description maillée des axes d'écoulements.

Le modèle hydraulique résout les équations de Saint-Venant monodimensionnelles (Ven Te Chow, 1981) afin de traiter les régimes transitoires. Les ouvrages de navigation, particulièrement nombreux sur la Seine, fonctionnent soit en cote de surface libre imposée, soit avec une loi déversement sur ou sous un seuil. Les propriété des seuils sont utilisées également pour le calcul de la réoxygénation aux barrages. Le frottement est représenté par la loi de Strickler dont le coefficient est variable en fonction du débit.

Dans la version de PROSE utilisée pour cette étude, la simulation du transport des suspensions repose sur l'hypothèse que dépôt et resuspension sont simultanés. La resuspension quasi continue de particules a en effet été démontrée par l'utilisation de traceurs (Estèbe et al., 1997).

Le flux de dépôt pour chaque classe de particules est supposé proportionnel à sa concentration moyenne et sa vitesse de chute spécifique. Les particules organo-minérales agrégées ont des vitesses de chute moyenne en Seine de l'ordre de 1 m.h"1 (Tangerine, 1994), alors que le phytoplancton et les bactéries libres ont des vitesses de chute beaucoup plus faibles (Reynolds, 1984). Le flux d'érosion est une fonction empirique de la vitesse de l'eau. L'enveloppe supérieure du nuage de point qui figure la relation entre concentration de MES et débit dans la Seine chenalisée, plus la donnée d'une vitesse de chute de référence, permettent d'estimer les flux d'érosion. En effet, tant qu'il y a assez de matériel à éroder, on peut considérer que l'équilibre s'établit assez rapidement entre resuspension et dépôt, les concentrations sont alors maximales pour une vitesse d'eau donnée. La relation obtenue pour le flux d'érosion est en w,/2.

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Les variabies particulates, matière en suspension organique ou minérale, bactéries.

phytoplancton, sont susceptibles de sédimenter et alimentent ainsi une couche de dépôt récent où les activités biologiques se poursuivent. Les cinétiques des activités sont les mêmes dans le dépôt récent et dans la colonne d'eau.Les aspects numériques du modèle ProSe ont été décrits par Even (1995) et Even et Poulin (3996).