Benard, L.

Jairy, A.

Laborie, B.

Tabuchi, J.

I-Revues

NOVATECH 2016 
1 
La modélisation comme outil d’évaluation de la 
contribution relative des apports anthropiques à la 
qualité de la Seine à l’aval de l’agglomération 
parisienne  
Modelling as an evaluation tool for the relative 
contribution of the anthropic discharges to the Seine 
quality, downstream the Paris area 
 
Bastien LABORIE(1), Lionel BENARD(1), Aïcha JAIRY(1), Jean-
Pierre TABUCHI (1) 
 
(1) SIAAP- bastien.laborie@siaap.fr, lionel.benard@siaap.fr, 
aicha.jairy@siaap.fr, jean-pierre.tabuchi@siaap.fr 
 
RÉSUMÉ 
Le SIAAP évalue l’impact du système d’assainissement francilien sur la qualité du milieu récepteur : la 
Seine. Cette évaluation passe entre autres par le logiciel de modélisation ProSe (Programme Seine), 
développé par l’Ecole des Mines de Paris dans le cadre du Programme de recherche PIREN-Seine. Il 
permet de simuler l’impact des apports de polluants anthropiques (rejets des stations d’épuration, 
rejets urbains de temps de pluie…) sur la qualité des eaux en considérant les processus 
biogéochimiques s’opérant dans la rivière. Il est aujourd’hui utilisé à des fins opérationnelles afin 
d’orienter les choix d’exploitation ainsi que les programmes d’investissement du SIAAP. Récemment, 
dans la cadre de l’étude d’actualisation de son schéma directeur d’assainissement, un nouveau mode 
d’utilisation du logiciel a été développé par les équipes du SIAAP, visant à évaluer la contribution 
relative de chaque type d’apports à la concentration observée en un point de la Seine à l’aval de 
l’agglomération. Cette approche intégrée amont-aval, qui passe par la mise en place de modélisations 
dites «déconstruites», permet d’orienter de la manière la plus pertinente les aménagements 
structurants du système d’assainissement afin d’atteindre les objectifs de la Directive Cadre sur l’Eau. 
 
ABSTRACT 
SIAAP is assessing the impact of the waste water treatment system of the Paris area on the quality of 
the river Seine. This study is based on the use of the modelling software ProSe (Programme Seine), 
developed by Mines Paristech school as part of the PIREN Seine research program. ProSe can 
simulate the impact of the anthropic pollutants discharges (WWTP, stormwater overflows…) on water 
quality, taking into account several biogeochemical processes occurring in the river waters. The 
software is presently used for prospecting studies which include operation choices as well as SIAAP’s 
investment program. Recently, as part of the study to update the drainage master plan (SDA), a new 
use of the modelling software has been developed by the teams of SIAAP in order to estimate the 
relative contribution of several types of discharges with regard to the pollutant concentration observed 
in a specific point of the river Seine downstream the Paris area. This integrated upstream/downstream 
approach, which includes the implementation of “deconstructed” simulations, enables the optimization 
of the master plan’s structures, in order to reach the European Framework Directive’s objectives. 
 
MOTS CLÉS 
Modélisation, ProSe, Schéma Directeur d’Assainissement, Seine, SIAAP  
SESSION 
2 
1 UTILISATION DU LOGICIEL PROSE AU SIAAP 
 
1.1 Présentation du SIAAP 
 
Le SIAAP, Syndicat interdépartemental d'assainissement de l'agglomération parisienne, a pour 
mission de transporter et d’épurer les eaux résiduaires urbaines de 8,9 millions d'habitants avant leur 
rejet dans la Seine, la Marne et une petite rivière : la Morée. Pour cela il dispose de 6 usines de 
dépollution des eaux, d’un réseau de transport maillé et de 900 000 m3 de capacité de stockage de 
temps de pluie. La gestion coordonnée de l’ensemble de ces ouvrages est assurée par un outil de 
gestion en temps réel des effluents, le modèle MAGES (Modèle d’Aide à la Gestion des Effluents du 
SIAAP). 
 
Le SIAAP assure une surveillance générale du milieu récepteur grâce à un réseau de mesures 
hebdomadaires de la qualité physico-chimique et bactériologique des eaux, son réseau de mesure en 
continu de l’oxygène dissous en Seine (ODES) ainsi que des campagnes de suivi hydrobiologique et 
piscicole annuelles. 
 
1.2 Présentation du logiciel ProSe 
 
Le SIAAP évalue également l’impact de ses rejets avec le logiciel de modélisation ProSe (Programme 
Seine), qui a été développé par l’Ecole des Mines de Paris dans le cadre du Programme de recherche 
PIREN-Seine (Programme Interdisciplinaire de Recherche sur l’Environnement de la Seine) (Even, 
1995 ; Even et al., 1998 ; Even et al., 2004 ; Flipo et al., 2004 ; Even et al., 2007 ; Flipo et al., 2007 ; 
Vilmin, 2014).  
ProSe permet de simuler l’impact des apports de polluants anthropiques (rejets des stations 
d’épuration, rejets urbains de temps de pluie, rejets permanents) sur la qualité de la Seine et de la 
Marne lors de leur traversée de l’agglomération parisienne.  
Doté d’un module biogéochimique, le logiciel permet de prendre en compte les cycles du carbone, de 
l’azote et du phosphore en lien avec la dégradation de la matière organique. Il intègre à la fois 
l’activité des bactéries hétérotrophes et nitrifiantes et celle du phytoplancton en lien avec les 
nutriments azotés, phosphorés et l’oxygène.  
Les processus pris en compte dans la colonne d’eau sont, exceptée la croissance phytoplanctonique, 
identiques à ceux pris en compte dans les sédiments. Le logiciel modélise également l’évolution des 
stocks de vase et les échanges benthiques dissous et particulaires. 
 
 
Figure 1 – Schéma conceptuel global du module biogéochimique de ProSe 
 
NOVATECH 2016 
3 
1.3 Principaux usages au SIAAP 
ProSe est aujourd’hui utilisé au SIAAP aux différentes étapes des projets, que ce soit pour le pré-
dimensionnement des ouvrages de stockage ou de traitement des eaux, la réalisation des études 
d’impacts dans le cadre des dossiers réglementaires ou à des fins opérationnelles pour orienter les 
choix d’exploitation, notamment dans le cadre de la programmation annuelle des chômages 
d’ouvrages. Plus récemment, une réflexion a été engagée sur la possibilité d’utiliser le modèle ProSe 
comme outil d’aide à la décision en temps réel, afin de définir des consignes à destination des 
services en charge de l’exploitation du réseau d’assainissement et des stations d’épuration. 
Pour ce faire, deux types de simulations sont classiquement réalisées : des simulations en régiment 
permanent, dans des conditions du milieu fixes et pénalisantes conformément au SDAGE (prise en 
compte d’un débit égal au QMNA 5), et des simulations transitoires sur des évènements pluvieux 
ponctuels ou bien des chroniques annuelles, qui permettent une appréciation des résultats par rapport 
aux objectifs de qualité de la Directive Cadre sur l’Eau, tels que transcrits dans les arrêtés du 25 
janvier 2010 et du 7 aout 2015. 
 
2 UTILISATION DES SIMULATIONS « DECONSTRUITES » DANS LE CADRE 
DE L’ACTUALISATION DU SCHEMA DIRECTEUR D’ASSAINISSEMENT 
 
2.1 L’étude d’actualisation du schéma directeur d’assainissement de la zone 
SIAAP 
Le SIAAP a entrepris en 2011 avec ses partenaires l’actualisation de son schéma directeur 
d’assainissement (SDA), afin de vérifier la comptabilité des principes d’aménagement retenus lors de 
son adoption en 2007 avec les objectifs de qualité de la Directive Cadre sur l’Eau, tout en intégrant les 
évolutions attendues dans le cadre du Grand Paris, et d’envisager les autres équipements 
éventuellement nécessaires à l’atteinte de cet objectif. 
Pour ce faire, le modèle hydraulique utilisé par le SIAAP a été étendu aux réseaux des quatre 
départements limitrophes, afin de prendre en compte l’ensemble des rejets de temps de pluie. Des 
simulations hydrauliques ont ensuite été réalisées sur 10 ans de chronique des pluies réelles (2001-
2011) et les pollutogrammes ainsi générés ont été injectés dans ProSe pour évaluer l’impact sur le 
milieu récepteur. 
Les résultats ont ensuite été exploités selon les règles définies dans les arrêtés du 25 janvier 2010 et 
du 7 aout 2015, c’est à dire par calcul du centile 90 sur 2 (puis 3) années consécutives pour les 
différents paramètres modélisés : oxygène dissous (O2), ammonium (NH4+), nitrates (NO3-), nitrites 
(NO2-) et orthophosphates (PO43-). 
 
2.2 Les modélisations déconstruites 
2.2.1 Principe des simulations 
Afin d’approfondir les résultats de modélisation et de cibler plus précisément les aménagements à 
réaliser, une nouvelle méthodologie d’utilisation de ProSe a été développée, qui vise à évaluer la 
contribution relative de chaque type d’apport à la concentration observée en Seine à l’aval de 
l’agglomération.  
Cette méthodologie consiste en la réalisation de modélisations dites «déconstruites» : pour un 
scénario d’aménagement donné, on procède à plusieurs simulations où chaque type d’apport dont on 
souhaite connaitre la contribution à la concentration obtenue en Seine est individuellement retiré du 
modèle. L’impact attribué à ce type d’apport est ensuite calculé par différence avec la simulation 
complète. Par ailleurs, afin de ne pas biaiser les temps de transit des masses polluantes ainsi que les 
calculs de dilution, les volumes apportés au milieu naturel par les rejets concernés sont conservés et 
seules les concentrations de polluants sont mises à zéro.  
Dans cet exercice, les différents apports ont été regroupés comme suit : déversoirs d’orage à l’amont 
des barrages de Suresnes (DO amont), déversoirs d’orage à l’aval des barrages de Suresnes (DO 
aval), station d’épuration Seine aval (SAV) et autres stations d’épuration du SIAAP (STEP hors SAV). 
SESSION 
4 
Une modélisation a également été réalisée sans aucun rejet afin de déterminer la part du bruit de fond 
(apports amont). 
 
 
Figure 2 - Découpage des différents apports dans le cadre des « modélisations déconstruites » 
 
2.2.2 Résultats et interprétation 
 
La contribution de chacun des apports à la concentration modélisée au point de contrôle de Triel-sur-
Seine, situé à l’aval du système d’assainissement, pour l’ammonium, paramètre critique vis-à-vis du 
bon état, est présentée à la figure 3 sur l’année 2010.  
On constate des dépassements réguliers du seuil du bon état (>0.5 mg NH4/l), représenté en vert, qui 
sont dus à différents évènements pluvieux d’intensité et de durée variables. Les déclassements 
observés peuvent ainsi durer de 1 à plus de 10 jours.  
Les résultats montrent également que la méthode utilisée permet la plupart du temps de bien 
recomposer la qualité modélisée de la Seine avec tous les rejets. En effet, si la complexité des 
processus modélisés dans ProSe entraine nécessairement des écarts avec la modélisation intégrant 
tous les rejets, ceux-ci restent globalement assez faibles (<10% sur les évènements déclassants).  
 
 
Figure 3 – Contribution relative des différents apports à la concentration en ammonium modélisée à Triel-sur-
Seine sur l’année 2010 
NOVATECH 2016 
5 
 
La figure 4, qui zoome sur un évènement déclassant de longue durée en juin 2010, permet de mieux 
appréhender la contribution successive de chacun des apports : les 4 premiers jours, le déclassement 
est principalement dû au rejet de l’usine Seine aval car c’est le premier flux de polluants arrivant sur la 
zone. A partir du 4ème jour, les flux rejetés aux déversoirs d’orage en aval de Suresnes ont transité 
jusqu’au point de contrôle et leur contribution augmente jusqu’à devenir la cause principale du 
déclassement du jour 5 au jour 8, alors que la station Seine aval retrouve un niveau de rejet de temps 
sec. Le panache de pollution dû aux déversoirs amont de Suresnes est quant à lui surtout visible les 
trois derniers jours, où il contribue à prolonger la durée du déclassement. A l’inverse, on constate que 
la contribution des autres stations du SIAAP reste faible et relativement stable tout au long de 
l’évènement. Un événement pluvieux peut ainsi générer 11 jours de déclassement en raison de la 
succession des « ondes de pollution » en un point d’observation.  
 
Figure 4 - Contribution relative des différents apports à la concentration en ammonium modélisée à Triel-sur-
Seine pour l’évènement déclassant du 10 au 20 juin 2010 
 
Ces modélisations déconstruites ont ainsi mis en évidence que les leviers les plus efficaces pour 
réduire la concentration en ammonium en Seine étaient l’interception des rejets des déversoirs 
d’orage sur la zone aval de Suresnes et particulièrement sur la boucle de Gennevilliers, qui concentre 
les plus gros DO, et un meilleur contrôle des flux rejetés par Seine aval lors des épisodes pluvieux. 
En termes d’aménagement, les pistes à l’étude consistent en la réalisation d’un complexe de stockage 
entre Clichy, La Briche et Enghien et la création d’un bassin tampon en entrée de Seine aval, afin de 
lisser les flux à traiter et d’améliorer ainsi la qualité de rejet.  
Par ailleurs, il apparaît que toutes les actions de nature à réduire les flux rejetés par temps de pluie, 
notamment à l’amont du système (réduction de l’imperméabilisation, amélioration de la sélectivité de 
la collecte) pourront contribuer à l’atteinte du bon état. 
 
CONCLUSION  
L’étude d’actualisation du schéma directeur d’assainissement de la zone SIAAP s’est appuyée sur la 
réalisation de simulations hydrauliques et qualité sur 10 ans de chronique des pluies réelles, afin de 
déterminer les aménagements à réaliser par le SIAAP et ses partenaires en vue d’atteindre les seuils 
de qualité de la Directive Cadre sur l’Eau.  
Dans le cadre de ces travaux, une nouvelle méthodologie d’utilisation du logiciel de modélisation de la 
qualité des eaux ProSe a été mise en œuvre, qui consiste à réaliser des modélisations dites 
« déconstruites » pour évaluer la contribution relative de chaque type d’apports à la concentration 
observée en Seine à l’aval de l’agglomération.  
Cette approche intégrée amont-aval a permis d’orienter les aménagements à réaliser sur les secteurs 
où les leviers d’amélioration apparaissent comme les plus forts. 


Modelling as an evaluation tool for the relative contribution of the anthropic discharges to the Seine quality, downstream the Paris area

http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/2042/60452/1/2D44-263BEN.pdf

Modelling as an evaluation tool for the relative contribution of the anthropic discharges to the Seine quality, downstream the Paris area

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

I-Revues