EAU - Approvisionnement et traitement

EAU - Approvisionnement et traitement

L’approvisionnement en eau d’un individu ou d’une collectivité implique la découverte d’un gîte (ressource), la mobilisation de l’eau (captage), son transport (adduction), sa distribution (réseau public, plomberie domestique), enfin sa consommation au sens large du terme.

Entre la mobilisation et la consommation se place un stade de traitement si, comme c’est le cas le plus fréquent, la qualité naturelle de l’eau s’oppose à son utilisation à l’état brut par l’usager.

Il y a lieu de remarquer que l’eau n’est que très partiellement «consommée» par l’usager. Elle ne fait que transiter pour la plus grande part, en se polluant. L’approvisionnement en eau a pour conséquence, tout au moins pour les collectivités, la création d’une concentration ponctuelle de pollution. L’approvisionnement en eau ne peut donc être dissocié de la collecte, de l’éloignement et du traitement des eaux usées.

1. Ressources

La ressource principale est constituée par l’eau en mouvement dans le «cycle de l’eau» provoqué par l’impact de l’énergie solaire rayonnante sur le globe terrestre; la fraction non réévaporée de cette eau en mouvement s’infiltre ou ruisselle. Dans la pratique, on distingue les eaux souterraines (sources et nappes phréatiques) et les eaux superficielles (cours d’eau, lacs, étangs, réservoirs artificiels).

Pour être complet, il faut citer les eaux profondes ou fossiles qui ne circulent pas ou se déplacent très lentement, les eaux juvéniles (produit de réactions magmatiques) et l’eau de mer, dont l’utilisation généralisée n’est que prospective.

L’utilisation rationnelle d’une ressource implique une connaissance approximative suffisante de son renouvellement et des divers besoins qui devront être satisfaits. L’utilisation anarchique conduit à des interférences nuisibles pour les différents usagers ou à des situations aberrantes pour la collectivité.

D’un point de vue purement technique, l’étude préalable doit être effectuée par un bureau qualifié faisant notamment appel à des hydrogéologues et des hydrologues ainsi qu’aux renseignements statistiques existants concernant les précipitations, le ruissellement, les vitesses d’infiltration et de circulation. À cette occasion il sera également procédé à une étude sanitaire et technique concernant les corrections à apporter à la qualité. Ces études, dans certains cas, peuvent conduire à des travaux préliminaires relativement importants (forages de reconnaissance, piézomètres, seuils de jaugeage, campagne hydrométrique et bilan hydraulique).

Constitution des réserves

Les nappes souterraines sont des réservoirs dont certains sont énormes et contiennent plusieurs milliards de mètres cubes d’eau. La plupart de ces nappes sont en liaison d’une manière ou d’une autre avec la surface et alimentées par les pluies. Ce renouvellement peut être faible comparé au volume du réservoir, mais c’est lui qui garantit le maintien à terme et qui constitue la vraie ressource. Toutefois, il ne faut y faire appel qu’avec une grande prudence et en fonction des facultés de réapprovisionnement naturel des nappes (dont l’évaluation est toujours approximative) sous peine de voir baisser le niveau plus ou moins dangereusement. C’est ce qui s’est produit en Belgique et dans le nord de la France où les débits prélevés dans les nappes captives ont dû être limités.

On voit ainsi apparaître la liaison capitale entre l’approvisionnement, le prélèvement et le temps. Elle est particulièrement nette dans le cas d’un cours d’eau dont la puissance ne peut pas s’exprimer par un volume, mais par un débit. Lorsqu’on connaît les caprices des rivières, leurs apports désordonnés générateurs d’inondations et de ruines, les périodes de sécheresse consécutives (autre calamité pour l’agriculture), on est amené à penser au débit instantané, notamment à celui de l’étiage. Cela est d’autant plus justifié que si les besoins humains et industriels sont relativement constants au cours de l’année, la consommation agricole est maximale pendant les périodes sèches. En fait, si le bilan général ne met pas en évidence une pénurie, la répartition des ressources est très inégale. Comment y remédier?

De la citerne au barrage, le stockage des eaux est à la fois le plus ancien et le plus spectaculaire objectif de l’organisation de l’espace en vue d’assurer à l’habitant comme au producteur un approvisionnement régulier et indépendant de la pluviosité.

La technique moderne des barrages permet de constituer aujourd’hui des réserves énormes mesurées en milliards de mètres cubes. Son incorporation harmonieuse dans la planification exige des études préalables de coordination et d’impact. Les grands ouvrages sont normalement polyvalents. L’adduction d’eau pour les besoins urbains, industriels ou agricoles peut être associée à la navigation, à la protection contre les crues, à d’autres prestations accessoires (tourisme), et plus rarement à celle de la production d’énergie.

Les meilleurs sites de barrage furent d’abord choisis dans le Sauerland pour alimenter la Ruhr lors de sa première et gigantesque phase de croissance (1880-1914). En 1960, le Land Nord-Rhein-Westphalen, avec une population de près de 20 millions d’habitants, comptait 55 lacs de barrage d’une contenance de 600 millions de mètres cubes pour l’alimentation en eau. En France, on peut citer l’aménagement du Rhône et celui du bassin parisien. Six barrages équipent le bassin de la Seine. Leurs capacités brutes sont:

À côté de ces réalisations de grande envergure, où la rationalité financière impose pour une large part la conception des ouvrages et la technique d’emploi des matériaux, d’innombrables réservoirs de petite et moyenne capacité sont construits dans le monde: en France, élaboration de 27 réservoirs à la périphérie du plateau de Lannemezan; en Italie, réalisation de 1 500 «lacs collinaires» de 30 000 à 100 000 m³.

Dans certains pays, on cherche plutôt à favoriser l’infiltration des précipitations dans la zone d’alimentation de la nappe phréatique en multipliant les modes de captation: canaux, tranchées, excavations absorbantes, après avoir facilité l’épanchage de l’eau par correction de pente (Asie centrale russe, États-Unis), ou encore par réinjection, lors d’écoulements importants sur terrain imperméable, à l’aide de puits ou de fosses d’infiltration (seepage pits fréquemment utilisés en Californie).

Besoins

Le bilan hydraulique est une des préoccupations majeures des États. Son établissement suppose une réflexion approfondie sur la nature, l’évolution et la hiérarchie des utilisations.

On assiste à une double évolution. D’un côté, les besoins unitaires, per capita , tous besoins confondus, s’accroissent plus ou moins rapidement en fonction des variations du taux de croissance économique et des améliorations sociales; d’un autre côté, en raison de l’évolution vers une nouvelle structure de la répartition des populations (immenses métropoles dans un pays à faible densité), les besoins principaux se localisent en un nombre réduit de points du territoire et atteignent une ampleur dramatique, sans pour cela que soit supprimée la nécessité d’assurer l’approvisionnement en eau dans le reste du pays, quelquefois avec des ouvrages d’adduction et de distribution disproportionnés vis-à-vis du nombre d’usagers desservis. À titre d’exemple, on peut noter en chiffres ronds les prélèvements effectués en 1978 dans le territoire de l’agence de Bassin Seine-Normandie qui regroupe 30 p. 100 de la population de la France dans 9 000 communes environ:

pour une population de 15,5 millions d’habitants, soit près de 500 m³/an par habitant dont un peu plus de 100 m³/an par habitant pour les besoins propres à la population, le reste étant lié à l’activité économique au sens le plus général.

Ces prélèvements ne sont pas à vrai dire une «consommation»; après usage, la plus grande partie est rejetée, mais sa qualité se trouve détériorée. Les pourcentages de «consommation nette» sont de l’ordre de:

Ces valeurs statistiques moyennes doivent être corrigées fortement en fonction des conditions locales: les besoins d’un agriculteur peuvent varier du simple au quintuple; dans une même ville, la consommation des usagers peut varier du simple au triple suivant le type d’habitat, le niveau social...

Les travaux nécessaires pour assurer l’alimentation en eau d’une métropole urbaine sont quelquefois gigantesques.

Le district de Los Angeles (10 millions d’hab., 4 450 Mm³/an) a dû rechercher son eau d’une part dans le Colorado au moyen d’un aqueduc de 350 kilomètres et d’une élévation de l’ordre de 500 mètres, et d’autre part dans la partie nord de la Californie au moyen d’un aqueduc de 640 kilomètres et d’une élévation de près de 1 200 mètres.

New York a dû construire plus de 18 réservoirs, dont certains sont situés à plus de 200 kilomètres, près de 400 kilomètres d’aqueducs pour assurer un apport de plus de 5 Mm³ par jour; les responsables considèrent cependant que la sécurité (vis-à-vis des années sèches) exigerait une augmentation de la capacité de stockage et d’adduction de l’ordre de 20 p. 100.

Un autre exemple significatif est celui du Syndicat des communes de la banlieue de Paris qui regroupe 144 communes desservant 4 millions d’habitants et assurant la distribution de 300 Mm³/an à travers un réseau de 8 000 kilomètres de canalisations et à partir de trois usines de traitement dont celle d’Achères qui peut traiter 2,1 Mm³ par jour. La capacité de pointe est donc deux fois supérieure à la demande moyenne.

Dans le cadre d’une nation comme à l’échelle internationale, la solidarité et la complémentarité des régions bien dotées et des régions mal dotées en ressources hydrauliques seront un thème primordial de la politique d’aménagement du territoire. On le pressent déjà parfois au niveau des unités territoriales intermédiaires, en Europe comme aux États-Unis ou en ex-U.R.S.S.

2. Captage

Eaux superficielles

Dans le cas le plus simple (eaux peu chargées, niveau constant), le captage se résume à l’introduction, à une profondeur suffisante pour éviter la formation d’un vortex, de la canalisation d’aspiration ou d’écoulement gravitaire. Cependant, on procède souvent à la construction, sur la berge, d’une chambre de puisage reliée à la ressource par des conduites horizontales traversant la rive pour aboutir à une zone propice du cours d’eau ou du réservoir où l’écoulement est relativement calme et se trouve le moins chargé d’impuretés en suspension.

Dans les cas plus complexes, on peut être amené à construire des barrages de dérivation assurant le maintien d’une cote minimale du plan d’eau, des chambres de dérivation du flot munies d’appareils de curage assurant un dégravoiement préliminaire et une réduction de la violence du courant, des tours de prise munies d’orifices à différentes cotes permettant à la fois de suivre les variations de niveau de la ressource et de puiser à la cote la plus favorable au maintien d’une qualité optimale de l’eau brute (température, teneur en plancton et matières en suspension, composition chimique).

Les dispositifs de captage peuvent être munis d’appareillages de protection (grilles fixes, grilles mécaniques à décolmatage automatique, massifs de gravier). Les prises sont quelquefois établies sous le lit avec interposition d’un «matelas» de gravier et de grilles.

Eaux souterraines

Les eaux des sources vraies (nappes en écoulement apparaissant à l’affleurement de la couche imperméable sous-jacente) sont captées par des galeries-drains disposées de façon à amener les eaux captées dans une chambre de collecte. La disposition et les dimensions de ces galeries sont fixées en fonction de l’étude préalable de la structure géologique au voisinage du point de captage et du débit prévisible.

Pour les sources dites d’émergence, qui sont nourries par la partie supérieure d’une nappe souterraine coulant au fond d’un thalweg, on a intérêt à constituer une amorce de puits pénétrant dans les parties les plus profondes du gîte, et à la limite jusqu’à l’assise imperméable. Le captage des sources d’émergence situées au fond de vallées naturelles pose des problèmes difficiles de protection contre les venues d’eaux superficielles.

Le captage des nappes peu profondes se fait par puits munis ou non de galeries. Malgré les apparences, le problème est peu différent de celui des sources d’émergence, à ceci près que l’eau n’apparaît pas à la surface du sol et doit être élevée. Si la roche aquifère est mécaniquement résistante, le puits est extrêmement simple; il est constitué par un vide cylindrique non revêtu dont le diamètre et la profondeur utile commanderont la capacité de drainage.

Si l’aquifère est meuble (sables, alluvions), les parois devront être revêtues (pierres sèches, briques avec intervalles ou drains à persienne dans les solutions modernes).

Lorsque la nappe est puissante et que la perméabilité de l’aquifère est faible, il peut être plus économique, plutôt que d’accroître le diamètre du puits (le volume des terrassements est proportionnel au carré de ce diamètre), de forer à sa base des drains rayonnants horizontaux de grande longueur pour augmenter la surface de drainage.

Le captage de nappes profondes (profondeurs supérieures à 50 m) ne peut, pour des raisons économiques, être effectué par des puits de type classique; il faut faire appel à la technique des forages et introduire dans le sol des conduites (généralement verticales) jusqu’au gîte aquifère. À la partie inférieure se trouve disposée une crépine perforée ou à persienne destinée à soutenir la formation du gîte au point de puisage tout en permettant l’entrée de l’eau. Pour augmenter la capacité de puisage, on procède quelquefois à un élargissement de la cavité située au voisinage de la crépine en la garnissant de gravier, à l’extérieur. Les parois du forage sont «tubées» ou protégées par du béton lorsque les terrains traversés l’exigent ou lorsqu’on veut éviter que le forage ne mette en communication des nappes superposées.

Certains puits ou forages sont dits artésiens lorsque la nappe se trouve à une pression telle que l’eau jaillit au-dessus du niveau du sol. Beaucoup de nappes sont semi-artésiennes: sans jaillir, l’eau remonte d’elle-même dans le forage bien au-dessus du plafond de l’aquifère.

3. Transport et relevage

Le lieu de captage, dans les cas les plus favorables, et qui deviennent de plus en plus rares, est très voisin des lieux d’utilisation. Ainsi, à Chicago, le captage d’eau se fait dans le lac Michigan par des usines situées en ville. De plus en plus souvent, on est obligé d’amener l’eau captée sur de très longues distances: canal de Marseille amenant l’eau de la Durance, aqueduc du Loing à Paris, canal de la Vésubie à Nice, Los Angeles déjà cité, adduction des Beni-Badhel à Oran.

Transport

Le transport de l’eau est d’autant plus onéreux que la quantité transportée est plus faible. Les longues adductions sont obligatoirement des transports de grands débits.

Le transport se fait à surface libre (canaux ou aqueducs à écoulement libre) ou sous pression (conduites en charge) et souvent en ouvrages mixtes: canal (couvert ou non) dans les parties de faibles variations de relief, conduite pour la traversée des vallées, tunnel pour la traversée d’obstacles montagneux. Les adductions de moyenne ou faible importance sont par contre généralement réalisées avec des conduites en charge.

Pour éviter les pertes de charge importantes qui grèvent les adductions d’équipement de relevage, les écoulements sont choisis relativement lents.

Les canaux sont creusés à même le sol et leurs parois sont revêtues d’un enduit protecteur de ciment; dans les régions à relief tourmenté, ils sont parfois constitués par la juxtaposition d’éléments préfabriqués. Les matériaux constitutifs des grandes conduites d’adduction sont le béton armé précontraint, l’acier soudé et quelquefois l’amiante-ciment.

Un problème important, dans les adductions, réside dans la régulation générale des débits, le débit transité à chaque instant devant faire face à la consommation en aval, consommation qui, dans beaucoup de cas, est fortement fluctuante. Cette régulation «aval» s’obtient en fractionnant l’adduction en biefs séparés par des chambres munies d’appareils adéquats.

Relevage

Le relevage des eaux captées ou transportées est nécessaire quand le niveau du gîte est inférieur au niveau des ouvrages de mise en charge de l’adduction ou à celui du lieu de distribution majoré de l’équivalent en hauteur d’eau des pertes de pression (pertes de charge) dans les divers organes séparant le gîte du point de consommation, ainsi que lorsque l’adduction bute sur des obstacles qu’il n’est économique ni de contourner ni de traverser par un tunnel.

D’une façon très générale, le relevage est obtenu au moyen de pompes centrifuges entraînées par des moteurs électriques ou Diesel. Un obstacle insurmontable pour toute pompe est constitué par la hauteur d’aspiration (théoriquement 10 m, pratiquement 6 m). On aura souvent intérêt à disposer les pompes «en charge» par rapport au niveau du gîte en service. Pour l’utilisation des forages profonds, l’industrie a mis au point des groupes électropompes immergés, d’un diamètre inférieur à celui du trou de forage, qui peuvent être descendus à l’intérieur de ce dernier jusqu’au niveau nécessaire. Ces pompes de forage peuvent être à étages multiples et assurer ainsi des pressions de sortie élevées permettant l’alimentation directe de l’adduction ou du réseau de distribution.

4. Distribution

L’adduction débouche à sa partie aval soit sur un réservoir ou une chaîne de réservoirs tampons, soit directement sur un réseau de distribution qui fragmente et partage le débit sur la grande surface où se trouvent répartis les consommateurs.

Le réseau de distribution est fait de conduites de diamètre moyen en fonte, acier, amiante-ciment, plastique, renforcé de fibres de verre.

À la hauteur de chaque point de consommation est établie une «prise en charge» à partir de laquelle une conduite de plus faible diamètre amène l’eau jusqu’à l’usager. Les conduites sont en plomb, cuivre, fer noir, fer galvanisé ou plastique (chlorure de polyvinyle ou polyéthylène). Sur cette conduite de prise sont placés un compteur et des vannes d’isolement.

Les pressions minimales doivent assurer une dizaine de mètres de hauteur d’eau au-dessus de l’étage le plus élevé au moment des plus fortes consommations. En pratique, on assure environ de 40 à 100 m de pression au sol, les immeubles très élevés étant pourvus de surpresseurs particuliers.

Le respect des normes de pression et de débit ne peut être assuré d’une façon convenable que par une distribution en réseau maillé, comprenant les grandes mailles de conduites importantes entre lesquelles sont disposées des mailles secondaires. Dans un tel réseau, les pressions et les écoulements s’équilibrent de la façon la plus harmonieuse et la sécurité est assurée par la possibilité qui existe de réaliser l’alimentation par un contour approprié en cas de rupture d’une conduite.

Du point de vue hydraulique, la détermination de la configuration des mailles et du diamètre optimal des conduites demande des calculs extrêmement complexes, qui sont heureusement résolus avec l’aide des ordinateurs. La détermination de l’emplacement et du volume des réservoirs peut être obtenue simultanément.

Quand la topographie de la zone de distribution l’exige, cette dernière peut être réalisée en différents étages.

Un exemple historique: la ville de Paris

La ville de Paris consomme en moyenne 1 100 000 m³ d’eau par jour. Cette quantité est fournie par les eaux traitées de la Seine et de la Marne pour un peu plus de la moitié; le reste provient de plusieurs sources et est acheminé sur la ville par aqueducs (aqueducs de la Vanne, du Loing, de la Dhuys). À la fin du XIX^e siècle, seule l’eau de source était utilisée comme eau potable. L’eau de la Seine (alors que l’auto-épuration pouvait jouer son rôle) n’alimentait que les établissements industriels. Devant les besoins toujours croissants, le recours aux eaux de surface devint inévitable.

Les eaux de source et de captage souterrain sont naturellement des eaux potables qui ne nécessitent en principe aucun traitement. Néanmoins, on leur fait subir une légère chloration afin d’éviter les contaminations, toujours possibles, durant leur parcours. Par contre, l’eau prélevée directement dans la Seine et dans la Marne est fortement polluée. Pour en faire une eau potable, elle doit subir un certain nombre de traitements.

La répartition de l’eau dans Paris est effectuée par quartiers; il en résulte que certains d’entre eux sont alimentés en eau de source servant à tous les besoins, alors que d’autres n’ont à leur disposition que de l’eau de rivière traitée. Devant cette situation paradoxale, plusieurs personnalités ont proposé l’installation d’un double réseau de distribution. En effet, chaque habitant n’a besoin que d’une quantité limitée d’eau potable pour la boisson et la cuisine (3 l/j environ). Or la quantité d’eau de source actuellement disponible se situe aux environs de 500 000 m³/j et pourrait couvrir largement les besoins si cette eau potable était strictement réservée aux usages culinaires. L’eau de rivière traitée conviendrait alors parfaitement à tous les autres besoins. Ce projet trouve d’ardents défenseurs parmi les hygiénistes, mais est qualifié d’utopique sur le plan économique et technique. De toute manière il ne suffit pas de fournir au consommateur une eau fraîche et limpide qui ait toutes les apparences de l’eau de source; il est nécessaire qu’elle soit réellement exempte de germes et de toute substance chimique nocive à long terme.

5. Traitement des eaux

Traiter les eaux, c’est maîtriser les corps qui y sont contenus de façon à rendre l’eau propre à l’usage que l’on a l’intention d’en faire. L’accent est mis aujourd’hui sur les micropollutions constituées par de faibles résidus de matières toxiques avec effet organoleptique, qui ne sont que très partiellement visées par les normes officielles. La toxicité de ces corps n’est souvent liée qu’à un effet cumulatif d’autant plus insidieux qu’il ne provoque pas des réactions aiguës à court terme. C’est pourquoi aux procédés classiques d’épuration des eaux s’ajoutent maintenant des traitements d’affinage visant les micropollutions.

Pour diminuer ou supprimer les nuisances des corps contenus dans les eaux à traiter, il faut extraire ceux-ci, les détruire ou encore les modifier.

Ce dernier mode d’action pourra être également une étape permettant une destruction ou une extraction finale.

Les méthodes d’extraction sont fournies par les techniques courantes du génie chimique: extraction solide-liquide, extraction liquide-liquide, extraction gaz-liquide, et adsorption.

Les modifications et destructions sont obtenues par des méthodes d’attaque chimique et, plus rarement, d’attaque physique.

En dehors de cas particuliers de plus en plus rares, on tend à concevoir des lignes de traitements successifs bien adaptées à chaque cas et optimisées aussi bien du point de vue technique que du point de vue économique. Par exemple, si l’on doit faire appel à l’ozone, on pourra préozoner, postozoner, appliquer une ozonation intermédiaire et cela isolément ou au contraire dans une combinaison de deux ou trois de ces procédés.

Qualité de l’eau

Les qualités exigibles d’une eau d’alimentation impliquent la garantie de son innocuité vis-à-vis de l’homme et des animaux qui seront appelés à la consommer. Les exigences des consommateurs, très rigoureuses dans certains pays et plus particulièrement dans certaines contrées ou villes habituées à des eaux de qualités organoleptiques excellentes, s’atténuent par accoutumance et peuvent s’adapter à des conditions particulières. Ainsi le goût prononcé d’hypochlorite de certaines eaux de distribution aux États-Unis et dans les pays de l’Est (Pologne, ex-U.R.S.S., Républiques tchèque et slovaque) est insupportable pour les Français, et inversement la disparition de cette saveur particulière inquiète les autochtones.

Une eau potable doit présenter un certain nombre de caractères physiques, chimiques, biologiques et en outre répondre à des critères organoleptiques essentiels (elle doit être incolore, insipide, inodore, fraîche) appréciés par le consommateur. Toutefois, ses qualités ne peuvent pas se définir dans l’absolu, ni d’une manière inconditionnelle. L’Organisation mondiale de la santé a édicté des normes internationales pour l’eau de boisson, qui comprennent un exposé général des normes bactériologiques, physiques, chimiques, biologiques et radiologiques. Un chapitre additionnel précise les qualités exigibles des eaux de captage. De nombreux pays ont par ailleurs établi des normes de qualité. La Communauté économique européenne a établi une norme que les États membres devaient appliquer à partir de 1985. Cette norme prend en compte 62 paramètres analytiques.

Les eaux souterraines sont d’autant plus pures (bactériologiquement) qu’elles se trouvent situées à une grande profondeur, surtout lorsqu’elles sont protégées par une couche imperméable de l’introduction plus ou moins directe des eaux de surface.

Les eaux de surface (cours d’eau, lacs, réservoirs) sont toujours sujettes à des contaminations temporaires ou permanentes. Elles ont l’inconvénient d’avoir une température assez variable, élevée pendant la saison chaude, et ne peuvent être livrées à la consommation sans traitement préalable.

Avant d’organiser un programme de traitement, il est indispensable, d’une part, de fixer un certain nombre de critères auxquels l’eau captée doit satisfaire, d’autre part de procéder à des prélèvements et analyses. À cet égard, il ne faut jamais perdre de vue que les résultats fournis par une analyse définissent les caractéristiques de l’échantillon d’eau dans l’état où il se trouve au moment où les mesures sont effectuées (état instantané). L’analyse doit être effectuée le plus rapidement possible et, malgré les précautions prises, l’altération de certaines caractéristiques est inévitable au cours du transport et des manipulations exigées par l’application des méthodes de mesure. En effet, certaines caractéristiques de l’eau présentent une grande instabilité, et il est rare que l’analyse fournisse une image exacte de l’eau à laquelle se réfère l’échantillon pour que l’on puisse, à partir des données obtenues, décider du traitement industriel. Ces données approximatives fournies par l’analyse exigent un ajustement périodique des traitements. Comme la matière première (l’eau captée) varie elle-même dans le temps, il est exclu d’obtenir une eau traitée rigoureusement constante en qualité. Ce sont les méthodes de contrôle, bien plus que les méthodes d’investigation, qui permettent d’appliquer le traitement adéquat pour remédier aux éventuels défauts constatés. En outre, le traiteur d’eau, pour que sa mission soit remplie, doit fournir une eau présentant les qualités requises, non seulement à la sortie des installations de traitement, mais encore au moment où elle est consommée. Il faut nécessairement tenir compte de l’évolution dont elle est inéluctablement le siège entre le moment où elle est produite et celui où elle est prélevée pour la consommation.

Corps solides en suspension ou dissous

L’eau puisée dans un cours d’eau (surtout en période de crue) est plus ou moins trouble, des éléments solides étant maintenus en suspension par la turbulence du courant. Au bout d’un certain temps, dans l’eau en repos, tous les éléments décantables se trouvent déposés sur le fond, mais, à la partie supérieure, l’eau clarifiée garde une certaine turbidité due à des éléments très souvent de nature colloïdale de même densité qu’elle.

Le problème est encore plus complexe pour les substances dissoutes. Parmi les sels qui peuvent se présenter en solution dans l’eau, quelques-uns préoccupent le traiteur d’eau. Ce sont essentiellement les carbonates et les bicarbonates alcalino-terreux (dureté temporaire de l’eau), les sels de fer, les sels de manganèse, les sulfates et les chlorures (dureté permanente), les sels ammoniacaux et les nitrites.

Les carbonates alcalino-terreux sont pratiquement insolubles dans l’eau, mais ils peuvent exister en solution sursaturée par suite de la décomposition des bicarbonates qui est fonction de la teneur en gaz carbonique dissous dans l’eau. La précipitation très lente de ces sels en solution sursaturée communique à l’eau sa dureté dite carbonatée ou temporaire et en conséquence son caractère entartrant. Bien que non toxiques, les sels de fer peuvent provoquer des troubles graves chez les personnes atteintes d’hémochromatoses. Une concentration limite (0,1 mg/l) a été fixée par le Conseil supérieur d’hygiène de France. Comme pour le fer, une teneur limite en manganèse de 0,5 mg/l a été assignée pour qu’une eau soit considérée comme potable.

Le danger le plus grand pour l’homme, et le premier à avoir été pris en considération, est celui des micro-organismes pathogènes qui sont à l’origine des maladies dites hydriques. On sait faire face à ce danger par la désinfection qui peut quelquefois apporter de nouveaux inconvénients, tels que celui de la formation d’haloformes (corps chlorés ou bromés organiques), qui donnent des goûts et sont, à partir d’une certaine teneur, cancérigènes. L’attention a été attirée depuis plusieurs décennies sur la contamination virale qui peut être efficacement éliminée par une ozonation en queue de traitement. Enfin, dans les pays tropicaux, la présence des parasites intestinaux doit être soigneusement prise en compte.

Les eaux aussi bien brutes qu’aux divers stades de traitement, à la fin de ce dernier et dans le réseau de distribution, doivent être, et sont, soumises à des contrôles bactériologiques et virologiques suivant une fréquence liée à l’importance du volume produit.

Les gaz dissous

L’oxygène et le gaz carbonique se trouvent normalement à l’état dissous en plus ou moins grande quantité dans les eaux. Les eaux d’origine souterraine peuvent parfois être totalement dépourvues d’oxygène. Suivant sa concentration dans l’eau, le gaz carbonique donne une eau «agressive» ou «entartrante».

La présence d’hydrogène sulfuré peut être normale (sources thermales de Barège par exemple) ou provoquée (formation d’acide sulfhydrique) par suite de l’action de bactéries anaérobies sulfato-réductrices (comme Sporovibrio ), capables de réduire les composés oxygénés du soufre et le soufre colloïdal, provenant par exemple d’acides aminés soufrés. Ce gaz est responsable simultanément de phénomènes de corrosion dans les émissaires ou ouvrages en béton et d’une saveur ainsi que d’une odeur particulièrement désagréables. L’eau contenant de l’hydrogène sulfuré se trouve immédiatement sursaturée dès son contact avec l’air ambiant et le gaz s’échappe spontanément. L’ammoniac peut exister à l’état transitoire: en effet, ce gaz très soluble constitue un produit intermédiaire formé lors de la décomposition de matières organiques d’origine animale ou végétale par les micro-organismes, et qui est transformé d’abord en sels ammoniacaux, puis, plus ou moins rapidement selon certains facteurs physiques (température, lumière) et biologiques, en nitrites puis en nitrates. Les nitrates en forte proportion dans l’eau peuvent être la cause d’une affection infantile, la méthémoglobinémie. L’industrialisation des pratiques culturales, et en particulier l’emploi massif d’engrais, est la cause principale d’une préoccupante pollution des nappes souterraines par les nitrates. Plusieurs techniques sont envisageables pour enrayer ce processus ^{[cf. AZOTE]}.

Ces productions d’ammoniac et d’hydrogène sulfuré sont le fait de la pollution des rivières. Pollution due au rejet inconsidéré des eaux résiduaires industrielles, qui ne sont qu’exceptionnellement épurées, et à celui des eaux usées domestiques, dont le cinquième environ est épuré. On évalue à quelque six milliards de mètres cubes d’eaux résiduaires par an le rejet dans nos rivières.

De ces faits résulte une complication supplémentaire à laquelle doit faire face le traiteur d’eau et qui se traduit par la présence de germes pathogènes (plus particulièrement d’origine fécale) et de substances dissoutes indésirables (cations lourds inhibiteurs de la croissance des micro-organismes responsables de l’auto-épuration; substances organiques, telles que les phénols, ou dérivés, responsables également de fort mauvais goût et d’odeur prononcée, particulièrement après traitement aux agents chlorés).

En outre, il faut être conscient que les toxiques rejetés dans un réseau urbain ou dans la rivière, même fortement dilués et par suite n’entraînant pas de conséquences fâcheuses sur les processus d’épuration, se retrouvent à l’état de traces (micropolluants) aux prises d’eaux utilisées pour l’alimentation, créant des problèmes complexes et coûteux pour leur élimination. Leur action à long terme (à doses homéopathiques) en ingestion est totalement inconnue actuellement.

Propriétés organoleptiques

Une coloration jaune ou brune de l’eau (en l’absence de tout produit d’origine chimique) est due à une teneur élevée en matières organiques sous forme colloïdale ou en sels de fer. Une coloration bleutée n’est pas naturelle; elle est la conséquence, le plus souvent, d’un traitement par la chaux.

Les origines des goûts et odeurs sont très variables et ces caractères, absents parfois dans l’eau brute, peuvent être provoqués par les traitements. Une classification a été établie: «goûts sans odeur», dus à la présence d’éléments minéraux classiques (sel marin, sel de magnésie, sels métalliques, sels alcalins); «odeurs sans goût», provoquées par des traces d’hydrogène sulfuré ou d’hydrocarbures; «goûts et odeurs combinés».

Certains micro-organismes (algues telles que Phormidium , diatomées comme Nitzschia , etc.) sont directement responsables de certains goûts et odeurs et causent de grandes difficultés pour leur élimination.

Les goûts acquis se manifestent ou se développent principalement à la suite de traitements, comme l’addition de chlore en présence de traces de dérivés phénoliques ou d’autres produits organiques.

Dureté de l’eau

On distingue la dureté temporaire due aux carbonates et bicarbonates alcalins, encore désignée sous le terme T.A.C. ou T.H. total (titre alcalimétrique ou encore hydrotimétrique complet), et la dureté permanente provoquée par les sulfates et les chlorures (titre hydrotimétrique permament – T.H. permanent – ou alcalimétrique, T.A.). Il est souhaitable que l’eau de consommation ait un degré hydrotimétrique total inférieur à 30⁰ français. (Le degré français correspond à 4 mg/l exprimés en calcium ou à 100 mg/l en carbonate.)

Traitements mécaniques et physico-chimiques

Pour les eaux de rivière en particulier, les opérations préliminaires comprennent un dégrillage , parfois suivi d’un tamisage. Les eaux brutes parviennent à la station par une canalisation (ou un canal) et traversent les grilles qui retiennent les matières grossières: morceaux de bois, chiffons, boîtes de conserve, etc. Les eaux sont ensuite amenées dans un canal longitudinal ou circulaire, où le courant a une vitesse calculée de façon à permettre le dépôt des matières minérales en suspension.

Simultanément on opère une aération destinée à augmenter la teneur en oxygène dissous, à régulariser la tension en gaz carbonique et à permettre l’«écumage», qui a pour but l’élimination des matières flottantes diverses (traces d’huile, de graisse, etc.).

Dans les cas où de fortes quantités de sel de fer et de manganèse doivent être éliminées, l’eau, suffisamment oxygénée, traverse un lit de percolation, constitué de matériaux naturels ou artificiels d’une granularité déterminée, où se produit une oxydation et une adsorption de ces sels sous forme d’hydroxyde ferrique et de bioxyde de manganèse.

Le stade de percolation n’est que fort peu pratiqué; on lui préfère un traitement chimique au moyen de réactifs coagulants et floculants: sulfate d’aluminium, chlorure ferrique, silice activée.

La coagulation réside dans le fait que certains éléments organiques colloïdaux sont chargés négativement en milieux aqueux, alors que les hydroxydes de métaux trivalents (Fe, Al) peuvent, dans certaines conditions, porter des charges positives.

Un dosage judicieux de l’apport d’hydroxydes permet l’annulation des charges électriques en présence, qui se traduit par une agglomération des particules en présence et la constitution d’un «floc». L’efficacité de cette coagulation dépend des caractères physico-chimiques de l’eau traitée et en particulier de son pH.

La floculation prolonge la coagulation et dépend comme cette dernière de l’état physico-chimique du milieu. De ce traitement dépend la limpidité de l’eau, l’homogénéité de la taille des flocons formés, leur vitesse de chute (dimensions et densité), leur cohésion (solidité). C’est en vue d’obtenir une floculation optimale que l’on a parfois recours à des adjuvants comme la silice activée ou l’alginate de sodium. Un décanteur est souvent combiné avec le floculateur (économie de génie civil, protection éventuelle du floc formé). Des progrès importants dans la technologie des décanteurs ont été apportés, visant à réduire sensiblement le coût et l’encombrement des ouvrages. Ils résident dans l’utilisation de micro-sable, soit comme lest du floc, soit en lit fluidisé.

On procède ensuite à une filtration qui fait appel au mécanisme d’absorption exercé par les grains constitutifs d’une masse filtrante à l’égard des éléments contenus dans l’eau, qui sont arrêtés à la surface de cette masse par simple tamisage (action mécanique). Le sable siliceux utilisé dans les filtres doit présenter une granulométrie régulière (la plus courante est de 0,9 à 1 mm) et renfermer au moins 98 p. 100 de silice. La rétention des matières solides contenues dans l’eau provoque un colmatage progressif des interstices, qui s’accompagne d’une perte de charge croissante subie par le courant d’eau. La surface du filtre doit être toujours submergée par environ 1 m d’eau. Pour une granulométrie de 0,9 ou 1 mm et une masse filtrante de 0,6 à 1 m d’épaisseur, on peut obtenir une vitesse de filtration (en filtration rapide) atteignant 20 m³/m²/h avec des durées de fonctionnement de 8 à 50 heures. La perte de charge ne doit pas dépasser 400 millibars.

À l’origine, on adoptait des vitesses de passage de l’ordre de 2,4 m par jour (filtration lente ), alors qu’actuellement des vitesses comprises entre 5 et 10 m/j sont adoptées. Étant donné l’extension constante des besoins, on a recherché le rendement maximal par unité de surface et on est arrivé à la conception de procédés qui, par opposition aux précédents, sont connus sous l’appellation de filtration rapide . Ce dernier procédé implique le prétraitement «floculation-décantation». Les opérations de nettoyage des filtres rapides nécessitent une quantité d’eau filtrée représentant 2 à 5 p. 100 de la production globale.

L’utilisation du charbon actif , en poudre ou en grains, voit son emploi se développer rapidement d’une part pour son action classique d’élimination des goûts et des odeurs et, d’autre part, comme support privilégié de colonies bactériennes utilisées pour l’élimination de l’ammoniaque, voire d’autres matières organiques (procédé biocarbone). Enfin, ses propriétés adsorbantes sont également utilisées pour l’élimination de polluants minéraux dans certaines conditions de pH et de potentiel d’oxydoréduction.

Ces dernières décennies développe une voie très fructueuse des procédés «intégrés» regroupant dans un même appareil plusieurs processus (séparation, élimination biologique, adsorption, oxydation, etc.).

Stérilisation

Les principales méthodes de stérilisation utilisées sont le chlore, ses dérivés et l’ozone.

L’utilisation du chlore gazeux (microbicide efficace à très faible dose) en post-chloration consiste en l’addition d’une légère dose de chlore de manière à assurer le maintien d’un certain taux résiduel (0,3 à 0,6 p.p.m.) dans les réseaux de distribution. Généralement, un dosage ampérométrique continu permet de connaître exactement la quantité de chlore libre et d’en neutraliser automatiquement l’excès. La stérilisation par le chlore n’est obtenue qu’après 30 à 40 minutes de contact.

On préfère aujourd’hui le peroxyde ou bioxyde de chlore, gaz très oxydant qui possède l’avantage de ne pas produire de chlorophénols lorsqu’il subsiste des traces de dérivés phénoliques dans l’eau. Il a en outre un pouvoir décolorant et désodorisant très puissant. On le prépare en solution par action d’un acide ou plus couramment du chlore sur le chlorite de sodium, préparation qui n’est pas sans danger car le chlorite de sodium est détonant dans certaines conditions.

L’ozone est un gaz très instable et un oxydant très puissant, fort peu soluble dans l’eau. On l’obtient par condensation d’une partie de l’oxygène atmosphérique (O²³) en faisant circuler de l’air sec, soigneusement filtré, entre des électrodes mises sous haute tension. Pour stériliser l’eau (après filtration) il faut environ 1 g d’ozone par m³. Le mélange d’air ozoné à concentration élevée (15 à 25 g/m³ d’air) et d’eau à stériliser peut s’obtenir de trois façons: en pulvérisant l’eau dans un espace clos rempli d’ozone; en injectant l’air ozoné en bas de colonnes où l’eau s’écoule à contre-courant (de haut en bas); en injectant l’air ozoné à l’aide de diffuseurs disposés au fond de bassins profonds. La stérilisation par l’ozone est rapide et efficace, notamment vis-à-vis des virus; il suffit de maintenir un léger excès de 0,4 g/m³ pendant 10 à 15 minutes; on obtient en outre la suppression des goûts et des odeurs, ainsi qu’une excellente décoloration. L’excès d’ozone s’élimine de lui-même, car il se transforme spontanément en oxygène assurant pratiquement la saturation de l’eau. Ce procédé est couramment utilisé dans les pays industrialisés.

Épuration des eaux usées

Les charges polluantes minérales et surtout organiques déversées atteignent aujourd’hui une valeur telle que les micro-organismes présents dans le milieu ne peuvent plus réaliser, comme par le passé, une auto-épuration valable. Lorsque cette capacité d’auto-épuration est dépassée, il arrive fréquemment que le taux en oxygène dissous du récepteur (rivière, lac, etc.) devienne nul, ce qui provoque le développement d’autres micro-organismes capables de vivre en anaérobiose, avec pour conséquence la formation de gaz putrides malodorants. Il devient donc logique et même indispensable de chercher à épurer les rejets avant leur admission dans le milieu naturel le plus proche et de traiter d’une manière de plus en plus poussée les eaux prélevées, soit pour fournir l’eau potable, soit pour alimenter les usines.

Comme lors des traitements destinés à l’obtention d’eau potable, toute installation de traitement d’eaux usées comporte les opérations préliminaires déjà citées dans les paragraphes qui précèdent. Cependant, une seconde phase de traitement sera ensuite nécessaire.

Première phase

Épuration biologique

Dans un milieu complexe tel qu’un effluent résiduaire, de nombreuses espèces de micro-organismes appartenant aux règnes végétal (champignons, algues, levures) ou animal (bactéries, protozoaires, nématodes, rotifères) se développent en aérobiose, soit simultanément, soit successivement pour biodégrader les substances assimilables. Parmi cette flore et cette faune constituant l’écologie des milieux, les bactéries jouent le rôle le plus important.

Les micro-organismes, par leur importante activité biochimique, constituent des agents de synthèse ou de dégradation d’une activité pratiquement illimitée. Ils sont capables de transformer nombre de molécules organiques ou minérales grâce à leur extrême richesse en enzymes qui catalysent les réactions énergétiques nécessaires d’une part, à leur respiration (catabolisme), d’autre part à la synthèse de la matière vivante (anabolisme) par biodégradation du milieu. Ils possèdent une plasticité remarquable qui leur permet de s’adapter et de résister à des conditions de milieu particulièrement défavorables (température, pH, présence de substances toxiques) ou de se nourrir à partir d’éléments organiques habituellement non biodégradables. Ces caractères n’apparaissent pas forcément en même temps; ainsi certaines espèces seront capables de résister à des doses importantes de certains toxiques organiques, alors qu’elles ne pourront pas les métaboliser.

Cette propriété très particulière est due au fait que les bactéries en particulier sont capables de synthétiser deux sortes d’enzymes: des enzymes constitutifs , synthétisés quelles que soient les conditions de nutrition, et des enzymes adaptifs dont l’apparition est induite par les conditions du milieu (présence de substrats normalement non assimilables). Ces propriétés permettent aux micro-organismes de jouer un rôle très important dans la nature, notamment dans l’épuration biologique des eaux résiduaires. Ils sont en effet capables de subsister et même de se développer dans des milieux hostiles du fait de leurs caractéristiques physico-chimiques, ou de la nature de leurs constituants, et ils vont intervenir dans l’élimination de produits toxiques tels que phénols, cyanures, dérivés soufrés, souvent présents dans les effluents industriels. Cette action est mise à profit au cours de l’épuration biologique et on ne peut qu’essayer d’accélérer les processus naturels pour obtenir l’élimination des déchets véhiculés par l’eau.

Si la biodégradation des eaux usées urbaines ne pose pratiquement pas de problèmes, ce n’est pas toujours le cas des eaux résiduaires industrielles considérées seules ou après leur admission dans un émissaire urbain. En effet, les eaux usées urbaines sont un excellent milieu de culture pour les micro-organismes, milieu équilibré la plupart du temps en éléments nutritifs (carbone, azote, phosphore) indispensables à leur prolifération, sans insister sur le rôle favorable des oligo-éléments présents.

Les eaux résiduaires industrielles, en ne parlant pas de celles qui sont justiciables d’un traitement physico-chimique, sont toujours plus ou moins déséquilibrées ou carencées en un ou plusieurs éléments vitaux. Avant de les admettre dans un réseau d’égout urbain, même après un prétraitement adapté à chaque cas particulier en vue d’éliminer les substances toxiques, il y a lieu de respecter un certain rapport de volume et de charge polluante entre ces eaux résiduaires et les eaux vannes si l’on ne veut pas créer de perturbations dans le fonctionnement de la station d’épuration.

Analyse. Critères de pollution

L’analyse d’une eau résiduaire donnée fera connaître la ou les substances indésirables que l’on doit éliminer a priori lors d’un traitement d’épuration; d’autre part la détermination du ou des mêmes éléments présents dans l’eau après traitement permettra de juger de la valeur de celui-ci. On a souvent recours à la chromatographie, à l’infrarouge et aux ultraviolets pour ces déterminations.

D’autres dosages peuvent être utilisés pour suivre au cours de l’épuration l’évolution des critères classiques de détermination de la pollution.

La demande biochimique en oxygène ou D.B.O. est la consommation en oxygène (exprimée en mg/l) des micro-organismes présents dans le milieu en essai pour assimiler les substances organiques présentes dans ce même milieu. En général, la durée de l’essai est de cinq jours, d’où le nom de D.B.O.⁵. En fait, cette consommation en oxygène provient en général de deux réactions d’oxydation. D’une part, il se produit une oxydation lente par voie chimique des composés organiques ou minéraux réducteurs en présence de l’oxygène dissous. D’autre part, les micro-organismes présents dans le milieu consomment de l’oxygène pour métaboliser les matières organiques assimilables présentes.

La valeur de la D.B.O.⁵ est la somme de ces deux réactions, l’une d’ordre chimique, l’autre d’ordre biologique. La connaissance de cette valeur permet d’évaluer la charge polluante d’un rejet d’eau usée, et par suite la charge de pollution évacuée par un établissement industriel ou une collectivité.

Certaines eaux résiduaires renfermant des matières organiques très difficilement biodégradables par les micro-organismes ne fournissent que des valeurs faibles ou nulles en D.B.O.⁵ alors qu’elles nécessitent des traitements particuliers pour les rendre utilisables. Pour obtenir une estimation de cette pollution, on a recours à l’oxydation par voie chimique; c’est la demande chimique en oxygène ou D.C.O. Les oxydants chimiques utilisés sont très divers: permanganate de potassium, sulfate cérique, bichromate de potassium. Le niveau d’oxydation (et par suite les résultats obtenus) est totalement différent suivant la méthode utilisée. La méthode par le bichromate à chaud donne des valeurs supérieures aux autres et permet d’obtenir une oxydation presque totale des constituants de haut poids moléculaire ou de structure complexe (seuls quelques composés cycliques ne sont pas oxydés). La valeur de la D.C.O. est exprimée en milligrammes d’oxygène par litre.

On détermine le taux de matières en suspension (M.e.S) contenues dans une eau usée par deux méthodes: la centrifugation et la filtration.

La connaissance des teneurs en azote et en phosphore sous leurs diverses formes est indispensable aussi bien pour définir les traitements que pour apprécier leur efficacité.

Deuxième phase

La deuxième phase comporte essentiellement une éruption par voie biologique faisant appel à des procédés aérobies (lagunage, boues activées, lits bactériens) ou anaérobies (digestion des boues).

Lagunage

Le lagunage classique se rapproche par sa conception de l’auto-épuration dans les lacs ou les bassins de retenue. Après une floculation chimique partielle préliminaire (lorsque cela s’avère nécessaire) et une décantation, on fait arriver l’effluent à épurer dans des bassins peu profonds (1 m au maximum) où s’opère une épuration naturelle.

L’inconvénient de ce procédé est qu’il faut disposer de vastes superficies de façon à avoir un temps de rétention atteignant parfois plusieurs dizaines de jours suivant la charge et la nature des effluents. La métabolisation des constituants organiques est principalement due aux bactéries. Les protozoaires éliminent les bactéries mortes tandis que les algues (et les plantes aquatiques) favorisent l’oxygénation du milieu sous l’effet de la lumière et de l’ensoleillement.

Le procédé est peu coûteux, mais nécessite de grandes surfaces de terrain imperméable (50 kg de D.B.O. éliminés au maximum par hectare et par jour). En outre, les basses températures réduisent considérablement les rendements.

Dans le cas du lagunage aéré, on prévoit des bassins moins étendus mais plus profonds (2 à 3 m). Il est indispensable de favoriser l’oxygénation du milieu au moyen d’un système d’aération, soit par aérateur de surface, soit par turbo-agitateurs (une source d’air surpressé est alors nécessaire), soit encore à l’aide de brosses métalliques rotatives. Le rendement du lagunage est alors fortement augmenté (de 1 000 à 1 500 kg/ha/j de D.B.O. éliminée).

Boues activées

Après un traitement éventuel et une décantation, l’effluent s’écoule dans une cuve d’oxydation ensemencée au besoin avec une flore adaptée. On réalise une oxydation ménagée du milieu par insufflation d’air ou tout autre procédé mécanique. Il en résulte la formation de particules floconneuses (floc) appelées «boues activées».

Ces flocs sont constitués par des agrégats de matières organiques et minérales et de divers micro-organismes (bactéries, algues, champignons, protozoaires, etc.). Dans un premier temps, les polluants solubles ou insolubles s’adsorbent sur le floc, puis il sont ultérieurement utilisés par les micro-organismes.

Après une durée d’aération variable suivant les cas, les effluents séjournent dans un décanteur secondaire puis sont rejetés à la rivière. Une partie des boues décantées est recyclée en tête des cuves d’aération, réalisant ainsi un ensemencement massif en micro-organismes adaptés. L’autre partie, constituant l’excédent de boues, est soutirée, puis soumise à une minéralisation soit dans un digesteur fonctionnant en anaérobiose, soit dans les bassins d’oxydation en aérobiose. L’incinération de ces boues excédentaires peut même être envisagée après une déshydratation convenable.

Lits bactériens

Au lieu de la laisser libre au sein d’une masse liquide, on fixe la biomasse sur un support granuleux de faible dimension (1 à 10 mm). Les eaux percolent au travers du lit et la teneur en oxygène nécessaire est assurée par préaération des eaux ou mieux par insufflation d’air à contre-courant au sein de la masse filtrante. Cette technique permet d’augmenter la concentration de la biomasse par unité de volume, donc les performances de l’épuration et de s’affranchir ainsi des problèmes de décantation des boues en excès. Celles-ci sont retenues sur le filtre au même titre que les matières en suspension par phénomène physique. Il convient donc, une fois par jour environ, d’éliminer l’excédent accumulé par lavage à contre-courant.

Dans ce procédé, après une décantation primaire précédée ou non d’une floculation, l’effluent à épurer est dispersé au moyen d’un distributeur rotatif à la surface d’un lit bactérien constitué soit par un empilement de matériaux inertes tels que pouzzolane, granit, coke, soit par des tubes cloisonnés, soit par des plaques en matière plastique (tours d’oxydation).

Sur ces supports, les micro-organismes se développent en constituant une zooglée ou masse mucilagineuse formée par l’association de divers micro-organismes intervenant dans l’épuration de l’effluent. L’eau s’écoule au travers du lit bactérien par les interstices dans le cas des lits classiques ou ruisselle le long de parois dans les autres.

Les polluants sont adsorbés puis métabolisés au niveau des zooglées. L’oxygénation de l’ensemble est assurée par une circulation d’air naturelle ou forcée au travers du lit.

Un passage unique de l’eau étant en général insuffisant, les effluents sont renvoyés, avant ou après une décantation secondaire, au sommet du lit, de façon à opérer plusieurs circulations successives.

Traitement des boues

L’élimination des boues est un des problèmes clés de l’épuration des eaux résiduaires. Deux grandes tendances se dessinent actuellement, l’une prévoyant une stabilisation aérobie ou une minéralisation anaérobie des boues avant dessication ou incinération, l’autre le traitement des boues fraîches. La déshydratation des boues peut se faire naturellement par séchage sur lits filtrants, couverts ou non, munis ou non de dispositifs de reprise des boues sèches (surtout après digestion). On utilise également la centrifugation, les filtres sous vide, les fitres à bandes presseuses, les filtres-presses automatisés ou non en vue de l’élimination de l’eau des boues. La filtration des boues nécessite l’adjonction de réactifs de coagulation (chaux, chlorure ferrique, polyélectrolytes) ou de faire appel à des procédés de cuisson (Porteous, Zimpro, Farrer) pour obtenir une augmentation des rendements.

La composition naturelle des boues permet leur emploi en agriculture, surtout en mélange avec les résidus urbains fermentés (compost). Néanmoins, certaines objections sont faites, dans quelques cas déterminés, visant la présence de sels toxiques pour les végétaux (chrome) ou d’œufs et kystes ou parasites; cette possibilité de valorisation doit toujours être envisagée et pesée avec soin.

Les effluents mixtes

Les moyens utilisés pour l’épuration des effluents mixtes sont identiques à ceux mis en œuvre pour les effluents industriels; il faut toutefois tenir compte des réactions possibles entre divers effluents. Il est hasardeux de vouloir traiter de tels effluents sans une étude préalable – toujours rentable, ne serait-ce que par le choix judicieux du procédé à utiliser, le choix des dimensions de l’installation et la sécurité, quant au rendement que l’on désire obtenir.

Le traitement des eaux résiduaires industrielles prises séparément nécessite, de la part de l’entreprise, des investissements sans aucun profit. De ce fait, l’industriel est tenté de réduire au minimum les dépenses afférentes à l’évacuation et à l’épuration des eaux usées. Or, si du point de vue économique il est séduisant de déverser les eaux industrielles résiduaires sans épuration préalable dans un réseau d’égout urbain et de traiter l’ensemble des eaux usées dans une station commune, ce traitement des effluents mixtes pose de nombreux problèmes.

Très souvent, l’apport non contrôlé d’eaux résiduaires industrielles dans un réseau urbain provoque des perturbations graves dans le fonctionnement de la station d’épuration. Ces perturbations sont très variables; elles peuvent se manifester dans la phase d’oxydation biologique et, dans les cas les plus graves, soit provoquer une chute de rendement telle que l’installation doit être mise hors service, soit perturber la phase de minéralisation des boues primaires et secondaires en excès, que le traitement ait lieu en aérobiose (oxydation) ou en anaérobiose (digestion). Le point le plus important est celui du rapport charge polluante urbaine/charge polluante industrielle. Lorsque la charge polluante industrielle, abstraction faite des polluants toxiques minéraux ou organiques, devient plus forte que la charge polluante urbaine, de nombreux mécomptes sont à craindre.

Encyclopédie Universelle. 2012.