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La moule quagga (Dreissena bugensis) se propage en Suisse depuis 2015. Au début, elle a colonisé le lac de Constance et le lac Léman [1]. Les deux lacs présentent désormais une végétation étendue au fond du lac, avec des conséquences mesurables pour l'écologie aquatique. Les trois lacs du Seeland sont également infestés. Dans le lac de Bienne, la moule se propage probablement depuis 2018. En Suisse, les mesures prises contre les moules au niveau cantonal ou national se concentrent actuellement sur la protection des lacs non encore infestés. Une colonisation déjà effectuée ne peut plus être annulée et il reste à espérer qu'un équilibre écologique s'installe, laissant suffisamment de place aux espèces indigènes à côté de la moule quagga dominante.
Sur le plan technique, il s'agit de minimiser autant que possible les dommages causés par la moule quagga en empêchant la moule de se développer ou en éliminant la végétation. Cela se fait soit par l'utilisation de produits chimiques ou biologiques, soit par le nettoyage mécanique des parties concernées de l'installation, ainsi que par la protection des infrastructures grâce à une conception intelligente des installations. Les prises d'eau de mer destinées à la production d'eau potable sont conventionnellement protégées de la colonisation soit par des moyens chimiques, et notamment par le dosage continu ou périodique de composés chlorés dans l'eau brute, soit par un nettoyage mécanique.
Le nettoyage mécanique des canalisations s'effectue alors en perçant un ou plusieurs tenons en plastique (piston racleur), d'un diamètre légèrement supérieur à celui de la canalisation, qui élimine les coquillages par abrasion lors de leur passage dans la canalisation. Ce racleur est placé en usine dans la canalisation et est ensuite pompé sous pression en direction du lac.
A l'avenir, le dosage de chlore dans l'eau brute ne sera parfois plus autorisé par les autorités cantonales compétentes. Sur la rive allemande du lac de Constance, cette pratique est déjà totalement interdite. C'est pourquoi les systèmes d'épuration mécaniques gagnent en importance. Cependant, ils nécessitent généralement l'intervention de bateaux et/ou de plongeurs ou de robots de plongée et sont donc coûteux. Les systèmes de nettoyage mécaniques ne peuvent pas non plus être installés dans chaque usine, car l'introduction du racleur dans la canalisation nécessite la présence d'un sas approprié. En outre, la conduite de prélèvement ne doit pas comporter de clapets ni de coudes à rayon étroit. Les conduites en fonte ou en acier protégées contre la corrosion par une couche de bitume, de ciment ou de plastique risquent - selon la situation et le racleur ou l'appareil de nettoyage utilisé - que la protection contre la corrosion soit endommagée par le nettoyage. Les conduites en plastique renforcées par des fibres peuvent libérer des fibres indésirables sous l'effet de l'action mécanique. Une inspection des conduites par des robots d'immersion peut permettre d'en avoir le cœur net.
Les paniers de prélèvement (siphons) des conduites d'eau brute ont généralement un diamètre plus grand que les conduites. De ce fait, l'eau s'écoule dans le siphon en passant devant le racleur, raison pour laquelle l'intérieur du siphon ne peut pas être nettoyé par le racleur. Pour le nettoyage des canalisations, il faut généralement les retirer. Lors de l'enlèvement du siphon, celui-ci peut être nettoyé à l'intérieur et à l'extérieur sur un bateau ou à terre. Il existe également des robots de nettoyage capables de nettoyer le panier de prélèvement à l'extérieur, sous l'eau.
Comme ces mesures de nettoyage représentent un investissement important en temps et en argent, elles ne sont appliquées que le plus rarement possible, c'est-à-dire généralement à un moment où la végétation de coquillages s'est déjà clairement établie.
Selon la longueur et le diamètre du tuyau et en fonction de l'épaisseur de la végétation, le nettoyage mécanique produit une quantité relativement importante de déchets de racleur. On entend par là les sédiments et les dépôts dans la conduite ainsi que les coquillages retirés lors du nettoyage, qui sont poussés de l'usine en direction du lac. Ce dernier est épandu dans le lac et, le cas échéant, répandu sur le fond du lac. Cela pose potentiellement des problèmes écologiques et nécessite donc une autorisation des autorités compétentes.
En approvisionnant les deux communes de Bienne et de Nidau en eau potable, ESB réalise une nouvelle usine d'eau du lac au bord du lac de Bienne, sachant qu'il s'agit d'une rénovation totale de l'usine existante au même endroit. La nouvelle usine est conçue pour une production moyenne d'environ 21'000'000 litres d'eau potable par jour. Le projet comprend deux nouvelles conduites d'eau brute DN700 de 750 m de long chacune, qui ont été posées dans le lac durant l'hiver 2022/23. La prise d'eau brute se situe à environ 38 m de profondeur. L'objectif des réflexions et des constructions d'ESB était de développer un système de nettoyage qui fonctionne de manière entièrement automatique et qui évite ainsi le recours à des bateaux et à des plongeurs, afin de réduire les coûts d'exploitation. De plus, les interventions en plongée comportent des risques et chaque intervention qui peut être évitée est un gain de sécurité pour l'exploitation.
Les considérations suivantes ont servi de base au développement du système de nettoyage, qui se distingue des systèmes conventionnels de nettoyage des canalisations:
Les différents composants du concept de nettoyage sont présentés ci-dessous.
En raison des nettoyages fréquents prévus, on a cherché un matériau qui soit le plus résistant possible à l'abrasion et qui soit en outre indéformable. L'acier inoxydable n'entrait pas en ligne de compte en raison des coûts élevés du matériau et de sa stabilité dimensionnelle parfois trop faible. L'acier a été exclu en raison de la problématique du revêtement anticorrosion sensible à l'abrasion évoquée précédemment. Finalement, le choix s'est porté sur le polyéthylène haute densité (PEHD), qui ne nécessite pas de protection contre la corrosion et peut être fabriqué et soudé avec une précision suffisante.
Des tronçons de tuyaux de 12 m de long ont été produits et assemblés par soudage miroir. La conduite a été stockée temporairement dans le canal de la Thielle entre le lac de Bienne et le lac de Neuchâtel jusqu'à son achèvement. La densité du PEHD correspond à peu près à celle de l'eau, raison pour laquelle la conduite doit être lestée par des éléments en béton. Ces éléments de lestage d'un poids de 1,3 tonne ont été fixés à la conduite tous les 5 mètres (fig. 1). La conduite a ensuite été transportée jusqu'à l'usine, puis successivement inondée et immergée.
Chaque conduite dispose d'un panier de prélèvement séparé et peut donc être utilisée indépendamment pour l'approvisionnement de l'usine en eau brute. L'usine peut ainsi produire de l'eau potable même si l'une des deux conduites est en cours de nettoyage. Outre les conduites d'eau brute, deux autres conduites en PEHD sont acheminées vers l'extérieur du lac : la conduite de retour pour le pompage de retour de l'appareil de nettoyage (voir ci-dessous) et un fourreau pour protéger les conduites hydrauliques de sortie et d'entrée du siphon ainsi que les câbles de signalisation pour les capteurs magnétiques permettant de déterminer la position de l'appareil de nettoyage. Les deux lignes d'accompagnement sont également entourées, lestées et maintenues en place par les éléments de lestage.
L'appareil de nettoyage a été développé par la société Reinhart Hydrocleaning SA spécialement pour l'ESB (fig. 2). Certaines parties ont été brevetées. L'appareil est optimisé pour un nettoyage bidirectionnel et fréquent. Le nettoyage se déroule différemment dans les deux sens: en sortant dans le lac, l'appareil est pompé vers l'extérieur avec un débit plus élevé. Une plaque spécialement conçue à la tête de l'appareil laisse passer une partie de l'eau de manière à créer ce que l'on appelle un hydrojet, c'est-à-dire des jets d'eau qui poussent la saleté détachée de la conduite devant l'appareil, afin d'éviter que les matériaux détachés de la conduite ne s'accumulent devant l'appareil. Au retour, les ouvertures dans la plaque de tête sont fermées par des clapets anti-retour et l'appareil peut être repoussé du lac vers l'usine avec un débit moindre. L'appareil se compose de douze pneus spécialement fabriqués, dont le diamètre diffère légèrement afin d'adapter au mieux la résistance au frottement dans la canalisation. Les pneus ont été brevetés par l'entreprise Reinhart Hydrocleaning SA. L'appareil mesure environ 2 m de long et pèse environ 1,5 tonne.
Des aimants sont fixés sur l'appareil de nettoyage, ce qui permet de détecter la position dans la canalisation à certains endroits grâce à des capteurs. Il est ainsi possible d'estimer la vitesse de l'appareil dans la conduite et d'anticiper son arrivée dans le bac ou son retour à l'usine.
Pour introduire l'appareil de nettoyage dans la conduite, il faut un sas de démarrage qui peut être fermé de manière à résister à la pression et à partir duquel est créée la pression par laquelle l'appareil avance. L'appareil est introduit dans un tube de transport (représenté en jaune sur la figure 3), puis poussé avec le tube de transport dans le sas de démarrage. Le tube de transport facilite le transport dans l'usine et dans le sas et protège l'appareil contre les contraintes mécaniques à l'extérieur du sas ou de la conduite. De plus, le tube de transport a une fonction hydraulique intégrale lors du démarrage ainsi que lors de l'entrée freinée de l'appareil de nettoyage hors ou dans le sas.
Le sas de démarrage a un diamètre plus grand que la conduite, de sorte que l'appareil de nettoyage y entre avec le tube de transport. Lors du trajet de nettoyage, la pression appliquée à ce moment-là fait sortir l'appareil du tube de transport et le fait entrer dans la conduite. Lors du nettoyage en direction du lac, la pression est d'environ 2 bars, avec des pointes entre 4 et 5 bars. Le débit peut atteindre 1200 m3/h. Lors du trajet de retour, la pression varie entre 2 et 3 bars, mais le débit est plus faible avec
environ 300 m3/h.
Pour le prélèvement d'eau du lac pour la production d'eau potable ou pour l'utilisation de chauffage/froid à distance, on utilise dans le lac des "siphons". Ces paniers de prélèvement placés à l'extrémité de la conduite de prélèvement d'une installation, côté lac, empêchent les poissons et autres organismes vivants, mais aussi les débris flottants, de pénétrer dans la conduite. Le diamètre des filtres est normalement un peu plus grand que celui de la conduite d'eau brute. Leur surface est percée d'ouvertures en forme de fentes par lesquelles l'eau peut s'infiltrer. Les siphons conventionnels ne peuvent pas être nettoyés en même temps que la conduite par des appareils de nettoyage, d'une part parce que leur diamètre diffère de celui de la conduite et d'autre part parce que le glissement de l'eau à travers les ouvertures rend impossible l'avancement de l'appareil dans le siphon.
L'objectif d'ESB était de pouvoir nettoyer de manière entièrement automatique tous les composants du prélèvement d'eau brute. Le siphon est un développement protégé par un brevet d'ESB et a été mis au point en collaboration avec le bureau d'études Hersche. Il présente les particularités suivantes
(fig. 4 et 5):
Les deux supports de siphon ont été immergés dans le lac de Bienne en mai 2023 et reliés aux conduites d'eau brute (fig. 6). Les deux tubes filtrants seront immergés et raccordés peu avant la mise en service des nouvelles conduites début 2025.
Le sous-sol de l'usine est plus bas que le niveau du lac. Pour les inspections de conduites simples, un adaptateur peut être raccordé au sas de départ, ce qui permet un accès au niveau libre. Un robot plongeur peut inspecter l'ensemble de la conduite depuis l'usine, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des bateaux et/ou des plongeurs ou d'ouvrir ou d'enlever le panier de prélèvement pour une inspection.
Afin de tester préalablement les nouveaux développements (siphon, sas, tube de transport et appareil de nettoyage), un parcours pilote à l'échelle 1:1 a été mis en place sur le site de la société Reinhart Hydrocleaning SA à Courroux (fig. 7). Des coudes de tuyauterie, un sas de départ, un tube de transport, l'appareil de nettoyage ainsi que l'un des savons ont été testés sur place. L'appareil a été transporté avec succès plusieurs fois dans les deux sens à travers la conduite. Les essais ont eu lieu en été/automne 2022 dans différentes conditions météorologiques et de température et ont fourni des données sur la pression et le débit nécessaires pour le déplacement de l'appareil de nettoyage. En outre, la fonctionnalité du clapet de surpression et les mesures de position via les capteurs magnétiques ont été testées.
A l'exception des points mentionnés ci-dessous, la fonctionnalité du concept et des éléments de l'installation a pu être testée avec succès:
Malgré ces limitations, on peut supposer que l'appareil de nettoyage peut être transporté dans la conduite avec des paramètres similaires à ceux mesurés pendant les essais.
La moule quagga est venue pour rester. Sa propagation a des conséquences importantes sur l'écologie des eaux. En outre, elle pose des défis aux exploitants d'infrastructures de prélèvement en mer. Des solutions créatives sont nécessaires pour protéger les installations techniques et maintenir les ressources nécessaires aux travaux de nettoyage dans des limites raisonnables. Avec le développement décrit, ESB a suivi une approche entièrement automatisée qui vise à réduire le recours aux plongeurs, aux bateaux et au personnel d'exploitation. Les premières opérations de nettoyage sont prévues après la mise en service des deux nouvelles conduites d'eau brute, début 2025.
[1] Haltiner, L. et al. (2022) : The distribution and spread of quagga mussels in perialpine lakes north of the Alps. Aquatic Invasions 17(2): 153-173. https://doi.org/10.3391/ai.2022.17.2.02
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