STATION D`ÉPURATION DES EAUX USÉES (STEP)

1/33
STATION D'ÉPURATION
DES EAUX USÉES (STEP)
 Le sujet comporte 3 types de documents :
Pages 02 à 14 : socle du sujet ;
Pages 15 à 25 : Documents ressources portant la mention ;
Pages 26 à 33: Documents réponses portant la mention .
 Les réponses doivent être rédigées sur les documents
 Les pages portant la mention doivent être obligatoirement jointes à la copie du candidat
même si elles ne comportent aucune réponse.
 Le sujet comporte 4 situations d'évaluation SEV 01 à SEV 04 :
SEV1 :
Analyse fonctionnelle d’une STEP.
sur 10 points
SEV2 :
Étude technologique et validation du choix du moteur de la vis.
sur 20 points
SEV3 :
Étude de la chaine d'énergie du poste de relevage.
sur 30 points
SEV4 :
Étude de la chaine de commande du poste de relevage
sur 40 points
Les SEV sont indépendantes et peuvent être traitées dans un ordre quelconque après lecture du sujet.
 Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il en fait
mention dans sa copie et poursuit sa composition. Dans ce cas, il indique clairement la raison des
initiatives qu’il est amené à prendre.
 Si l'espace réservé à la réponse à une question vous est insuffisant, utiliser votre copie de rédaction
en y rapportant le numéro de la question concernée.
 Le sujet est noté sur 100 points.
 Aucun document n’est autorisé ;
 Sont autorisées les calculatrices de poche y compris celles programmables.

2/33
STATION D'ÉPURATION DES EAUX USÉES (STEP)
I. Introduction
Avec la croissance démographique et le développement des activités industrielles, de
nombreuses substances sont déversées dans les eaux utilisées qui deviennent alors des eaux usées.
Les eaux usées sont essentiellement de deux types :
 Les eaux usées domestiques comprenant les eaux usées ménagères (éviers, douches,
machines à laver…) et les eaux vannes (urines et matières fécales).
 Les eaux industrielles provenant des activités d'exploitation des entreprises.
Les eaux de pluie se mêlent parfois à ces deux types d'eaux
Ces eaux usées doivent être traitées avant d'être rejetées dans le milieu naturel : rivières, mer, sols.
Bien que collectées par un réseau d’assainissement, les eaux usées se déversent à l’état brut dans le
milieu naturel (rivières, mer, sols…). Cette pollution occasionne une forte dégradation de
l’environnement et constitue un risque pour la santé publique. C'est pourquoi les eaux usées doivent
subir un traitement dans une station d’épuration des eaux usées (STEP) avant d'être rejetées dans le
milieu naturel ou réutilisées pour l’irrigation par exemple.
Au Maroc, Le taux d'épuration des eaux usées urbaines est monté de 6% en 2005 à 28% à fin 2012. On
compte actuellement 70 stations d'épuration en service au Maroc. Les différentes régies publiques ont
réalisé, ou vont bientôt inaugurer, 14 stations. La station de Fès prévue pour 2014 sera la plus grande
du pays.
Toutes les villes marocaines seront dotées de stations d’épuration des eaux usées à l’horizon 2030.
Source : Plan national d'assainissement
II. Description et principe de Fonctionnement d'une STEP :
Dans une STEP on peut distinguer deux filières dans le processus d'épuration : la "filière eau", voir
DRES 01, qui est le trajet suivi par les eaux à traiter, et la "filière boues", non représentée, qui est celui
suivi par les matières extraites de l'eau.

3/33
 Les étapes de la filière "eaux" :
Dans cette filière les eaux usées passent par deux étapes : Le prétraitement et le traitement des eaux.
Le prétraitement :
Il consiste à retenir mécaniquement un maximum des matières en suspension.
Les effluents arrivent dans un premier bassin. Des vis d’Archimède les relèvent (c’est le poste de relevage
qui a pour fonction d’amener les eaux usées à une altitude suffisante pour que leur déplacement vers les
autres postes de la station se fasse par gravité) pour les faire passer au travers d’un grillage. Cette
opération appelée "dégrillage", consiste à retenir les matières ayant des dimensions supérieures.
Puis les eaux usées arrivent à un deuxième bassin dans lequel s’effectuent les deux étapes suivantes du
prétraitement :
- Le dessablage : les matières les plus denses se déposent au fond et sont recueillies.
- Le déshuilage : les matières flottantes, principalement les huiles, sont éliminées.
Le traitement
Après le prétraitement, les eaux subissent un traitement selon les étapes suivantes :
- Décanteur primaire : les eaux sont d'abord déversées dans un décanteur primaire où les matières en
suspension les plus denses se déposent pour former les boues primaires.
- Traitement biologique : les eaux de surface sont ensuite acheminées dans un bassin d'aération. Ces
ouvrages ont pour principe de favoriser par un apport d'oxygène le développement de bactéries qui
abattent la pollution organique. Des turbines brassent les eaux pour apporter aux micro-organismes
l'oxygène qui leur est nécessaire pour vivre.
- Clarificateurs : Après leur passage dans le poste de traitement biologique, les eaux sont dirigées vers
un décanteur secondaire où les matières en suspension dégradées se déposent et forment les boues
secondaires.
Les eaux ainsi traitées peuvent éventuellement subir un Traitement tertiaire : qui consiste à oxyder
l'ammonium présent dans l'eau épurée en nitrates.
Enfin une fois épurée, l'eau est rejetée dans le milieu naturel qui peut alors prendre la relève en effectuant
les dernières opérations de dépollution grâce au soleil et aux bactéries ambiantes, sans compromettre
l’équilibre de l’environnement.
 Les étapes de la "filière boues" sont :
 recirculation : les boues accumulées au fond du clarificateur sont périodiquement aspirées et
refoulées dans le circuit d'activation pour parfaire leur dégradation,
 extraction : les boues suffisamment traitées sont dirigées vers un silo concentrateur,
 décantation : élimination de l'eau contenue dans les boues extraites,

4/33
III. Délimitation de l'épreuve :
L'épreuve traitera l'analyse fonctionnelle d’une station de traitement des eaux usées (STEP), par contre
l'étude des solutions constructives portera uniquement sur le système de relevage des eaux usées selon le
cahier de charges décrit sur le DRES 02.
IV. Situations d'évaluation (SEV) :
Tâche 1 : Expression du besoin
Question : 1. Exprimer le besoin à l’aide d’un diagramme Bête à Cornes ;
Tâche 2 : Définition des interactions
Les différentes fonctions retenues sont :
 F1 : Résister à l’environnement.
 F2 : Ne présenter aucun risque pour
l’opérateur.
 F3 : Se connecter au réseau électrique.
 F4 : Permettre la commande manuelle par
l'utilisateur.
 F5 : Détecter le niveau des eaux usées dans les
différents bassins.
 F6 : Relever les eaux usées.
 F7 : Traiter les eaux usées.
 F8 : Traiter la boue.
Question : 2. À partir des fonctions retenues ci-dessus, donner le diagramme des interactions
(pieuvre) en précisant les fonctions principales (FP) et les fonctions contraintes (FC).
Tâche 3 : Analyse descendante
Question : 3. Compléter l’actigramme A0 de la filière "eaux".
Dans la suite de l’épreuve, nous nous intéresserons uniquement au système de relevage (voir DRES 03, 04 et 05).
Tâche 1 : Analyse technique. En utilisant les et :
Question : 4. Compléter le tableau par les noms et les fonctions des pièces proposées .
Question : 5. L’arbre 15 et le bout d’arbre de la vis d’Archimède 25 sont en prolongement grâce à
un accouplement élastique. Citer trois avantages d’un tel accouplement dans ce cas
étudié.
SEV 01
Analyse fonctionnelle d’une STEP
10 pts
SEV 02
Étude technologique et validation du choix du moteur de la vis
20 pts

5/33
Question : 6. L’étanchéité est réalisée par les éléments 2 et 23 :
a) Donner le nom de ces éléments.
b) Préciser le type d’étanchéité assuré par ces éléments.
Tâche 2 : Validation du choix du moteur électrique du dispositif entraînant en rotation la vis 25
Le moteur électrique choisi pour l’entraînement en rotation de la vis d’Archimède 25 est valide lorsque
le débit maximal QM égal à 318 l/s est respecté.
Hypothèse : on considère que chaque pas de la vis contient le même volume élémentaire Ve d’eau usée et
que ce volume monte dans l’auge suivant l’axe de la vis (voir et ) :
En utilisant le schéma du poste de relevage et les données du cahier de charges ,
répondre aux questions suivantes :(pour les calculs dans cette tâche, prendre deux chiffres après la
virgule)
Question : 7. En tenant compte du volume élémentaire Ve, calculer la fréquence de rotation Nv en
tr/min avec laquelle la vis 25 doit tourner afin de respecter le débit maximal QM d’une
seule vis qui est de 318 l/s.
Question : 8. Déterminer la vitesse V en m/s de déplacement de l’eau suivant l’axe de la vis 25 en
tenant compte du pas de la vis et de sa vitesse de rotation.
Afin de déterminer la puissance nécessaire sur le bout d’arbre d’entrée de la vis 25 :
Question : 9. Déterminer le nombre de pas np le long de l’hélice de la vis 25 en tenant compte de sa
longueur.
Question : 10. En déduire le volume total Vt en m3 d’eau usée mise en mouvement par la vis dans son
auge.
Question : 11. Calculer la puissance utile Pu en Watt pour élever, suivant l’axe de la vis, le volume
total Vt en tenant compte de l’inclinaison α de la vis.
Question : 12. En prenant Pu = 22kW, déterminer la puissance Pv en Watt nécessaire sur l’arbre de
la vis, en tenant compte des fuites entre vis et auge et de la turbulence de l’écoulement.
Question : 13. Déduire la puissance Pre en Watt nécessaire à l’entrée du réducteur (pignon arbré 6) :
Question : 14. Calculer la puissance mécanique utile Pm en Watt sur l’arbre du moteur.
Question : 15. En prenant Nv = 23,4 tr/min, calculer la vitesse de rotation Nm en tr/min du moteur
permettant de donner cette vitesse de rotation de la vis 25 utile au débit maximal
demandé.
Question : 16. Conclure sur la validité du moteur électrique choisi pour l’entraînement de la vis 25.