Indicateurs de performance

Pour évaluer les bénéfices de la gestion intégrée, des indicateurs de performances sont souhaités. Un indicateur permet de donner une valeur sur la caractéristique du système étudié. Il est également utilisé pour la comparaison de plusieurs éléments du système pour ensuite déterminer s’il y a un dysfonctionnement, c’est-à-dire lorsque les objectifs initiaux du système mis en place ne sont pas atteints. L’indicateur de performance peut aussi mettre en lumière une sous-utilisation de certains éléments du système. L’indicateur est utilisé pour avoir une vision globale du système, des analyses plus poussées doivent ensuite être menées aux endroits supposés critiques.

Des indicateurs sont définis pour chaque sous-système de l’assainissement des eaux usées dans l’optique d’évaluer la performance du système global.

Pour le réseau, il s’agit de prendre en compte les multiples composants intégrés au bassin versant urbain. La performance du réseau dépend principalement du volume ruisselé, des capacités des canalisations, du fonctionnement des ouvrages spéciaux (DO, BEP, STREL (station de relevage des eaux d’assainissement), etc) qui sont les éléments que l’on peut contrôler. Les indicateurs de performance pour les STEP représentent quant à eux l’efficacité lors des processus d’épuration. Le milieu récepteur est analysé plutôt sur la base d’indicateurs de qualité de ses eaux et de sa morphologie (paramètres physiques, biologiques et chimiques) qui sont combinés à une appréciation des risques potentiels lors de déversements dans ce même milieu. Des indicateurs plus globaux, qui agrègent plusieurs autres indicateurs permettent de faire un bilan sur le système étudié. C’est le cas par exemple d’un indicateur comme la charge totale émise par le système urbain.

La sélection d’indicateurs appropriés se fait en fonction de leur qualité et de leur capacité à répondre aux objectifs. Les indicateurs définis seront évalués selon les critères RACER Bonhote, 2016 :

« R » pour « pertinent » (« Relevant » en anglais) : l’indicateur est lié à un objectif clair.
« A » pour « accepté » : l’indicateur est documenté et conventionnellement utilisé par les professionnels.
« C » pour « crédible » : l’indicateur est défini sans ambiguïté et basé sur des données fiables.
« E » pour « facile à mesurer » (« Easy » en anglais) : les données nécessaires pour l’indicateur sont faciles à obtenir.
« R » pour « robustesse » : l’indicateur n’est pas sujet à manipulation et peu sensible à des influences extérieures.

Il est également possible de combiner les indicateurs réseau/STEP/milieu naturel de manière dynamique afin de trouver un optimum. C’est le but des algorithmes d’optimisation. Ils permettent de trouver la solution optimale pour remplir un critère de performance défini par une fonction objectif (ou fonction de coûts). De nombreuses méthodes d’optimisation sont disponibles, par exemple: Schutze et al, 2002, Jordan, 2007b, Bieri 2012.

Les processus d’optimisation dynamique sont bien connus dans d’autres domaines (p.ex. optimisation de la production hydroélectrique des barrages en fonction des précipitations et des températures). Ils sont moins courant dans le domaine de l’assainissement.

Exemple de l’ERM

Dans le cas de de l’exemple 1, un outil relativement simple d’optimisation dynamique a été testé (CVX, développé dans Matlab) . Pour ce cas, plusieurs indicateurs de performance et une fonction objectif ont été définis pour minimiser les impacts d’un déversoir d’orage installé dans une station de relevage des eaux. L’algorithme optimise les objectifs suivants conjointement :

Minimiser les déversements en direction du cours d’eau
Maximiser le volume de rétention en amont de la station de relevage
Maximiser le débit en direction de la STEP
Limiter les rejets dans le milieu lorsque la concentration en ammonium dépasse une valeur seuil (2 mg/l)
Minimiser la consommation électrique des pompes
Minimiser les coûts de traitement des eaux supplémentaires à la STEP
Minimiser les impacts des eaux supplémentaires à la STEP sur l’efficacité de traitement du phosphore (en utilisant une relation volume traité/rendement élimination)

Le résultat de l’optimisation pour cette station de relevage des eaux (simulation sur un période de 5 ans), montre que le potentiel d’optimisation du fonctionnement est limité et ne permet pas d’atteindre les objectifs fixés. Une modification de la station de relevage (p.ex. ajout d’un volume de rétention) est nécessaire. Le processus d’optimisation permet, en tenant compte des fonctions de coûts des différentes solutions et des volumes d’eau à pomper/stocker, de déterminer le volume optimal de rétention.

En agissant sur des critère à la fois au niveau du réseau, de la STEP et du milieu, une solution optimale, intégrée, peut être trouvée.

Station de relevage sur un petit cours d’eau, impacts visuels à l’aval de la station: une gestion intégrée , combinant les capacités de la STEP, du réseau et la sensibilité du milieu récepteur permet de trouver la solution optimale