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L'eau à découvert

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Agathe Euzen
, 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Cinquième partie. Qualité de l'eau

15. Traitement de l'eau usée

Mathieu Spérandio et Jean-Marc Choubert

Texte intégral

1Les stations d’épuration sont construites en aval des villes, et traitent les eaux « usées » produites lors des activités domestiques (toilettes, salles de bains, cuisines…) avant rejet vers le milieu récepteur de surface. Elles éliminent la pollution carbonée, mais aussi les pollutions azotée et phosphorée générées par le métabolisme humain (urine, matières fécales). Ces installations jouent un rôle indispensable pour protéger la ressource en eau et la vie dans les milieux aquatiques.

Un développement initié il y a 150 ans déjà

2Pour respecter les contraintes réglementaires toujours plus sévères, les ingénieurs ont développé au fil du temps de très nombreux procédés de traitement des eaux par voies biologiques. Grâce à un apport en oxygène par l’air, des micro-organismes oxydent les matières organiques en dioxyde de carbone ; par combinaison de conditions aérobies* et anoxiques, ils transforment l’azote ammoniacal en nitrates (nitrification), puis en azote gazeux (dénitrification*).

3En zones urbanisées, où existent de fortes contraintes d’emprise au sol et une proximité des habitations, avec parfois de fortes variations de charge (zones touristiques), des procédés biologiques à boues activées, à bioréacteurs à membranes, ou à biofiltration sont construits. Des systèmes plus simples, mais nécessitant plus d’espace sont construits en zones à faible densité de population (comme les filtres plantés de roseaux*, le lagunage naturel, les disques biologiques* ou les lits bactériens*). La variété de procédés permet de s’adapter à différentes contraintes, comme l’inclinaison ou l’encaissement d’un terrain, l’absence d’électricité ou à de faibles températures en altitude.

4En zone sensible à la pollution phosphorée, des procédés physicochimiques complètent le traitement (ajout de chlorure ferrique, contact avec de l’apatite* ou des scories* de hauts-fourneaux, filtration sur sable* ou tamis) pour réduire les concentrations en phosphates (précipitation*) et en phosphore particulaire (matières en suspension*). En vue de renforcer la protection des milieux récepteurs, certaines stations d’épuration intègrent aujourd’hui des bioréacteurs à membrane*, et d’autres s’équipent de zones de rejet végétalisées à l’aval.

Fig. 1 – Bioréacteur à membranes. © IRSTEA

Fig. 2 – Zone de rejet végétalisée de type fossé, après traitement par filtre planté de roseaux. © INSA, Toulouse

Les bioréacteurs à membranes

5Dans les procédés à boues activées conventionnels, la décantation gravitaire* sépare les micro-organismes et les matières en suspension de l’eau traitée. Une séparation plus performante est parfois nécessaire, par exemple en zone de baignade ou en tête de bassin versant*, ou bien lorsque l’eau traitée est réutilisée en irrigation ou en arrosage. Les bioréacteurs à membranes sont constitués de bassins biologiques suivis d’une filtration membranaire. Les membranes d’ultrafiltration* permettent une rétention complète des particules et des micro-organismes. Fibres creuses ou membranes planes, elles sont constituées en polymères possédant des pores de quelques dizaines de nanomètres. L’eau traitée (perméat* ayant traversé les membranes) est exempte de bactéries (cf. V.13).

6Les faisceaux de membranes sont le plus souvent immergés dans un bassin et l’eau est aspirée par des pompes, qui créent une dépression à travers la membrane. Le phénomène de colmatage* (obstruction des pores) est limité par insufflation d’air à proximité des membranes, et par des nettoyages chimiques réguliers.

Les zones de rejets végétalisées

7Espaces aménagés dans l’étendue disponible entre le rejet de la station d’épuration et le milieu récepteur de surface, les zones de rejets végétalisées ont pour ambition de reproduire des processus se déroulant naturellement dans l’environnement : évaporation/évapotranspiration* (cf. III.19), infiltration dans le sol pour limiter les quantités d’eau rejetée vers le milieu récepteur de surface ; décantation et filtration des matières en suspension, adsorption* et/ou biodégradation* des polluants dans le sol, photodégradation* par rayonnement solaire, voire accumulation dans certains végétaux, pour diminuer les concentrations en polluants avant rejet dans le milieu récepteur. Plus de 500 réalisations existent déjà en France, situées majoritairement en aval de stations d’épuration de faible capacité nominale. Impliquant toutes des végétaux, elles sont de formes très diverses et associent souvent différentes étapes : tranche (colonne) d’eau permanente sur sol étanche ou pas (bassins profonds ou à faibles profondeurs), écoulement dans le sol (prairies ou fossés). Situés hors du périmètre de la station d’épuration, ces aménagements ne sont pas assujettis au dispositif d’autosurveillance. Pourtant les zones de rejet végétalisées sont construites avec différentes attentes, notamment la protection du milieu récepteur à l’étiage* ou lors de dysfonctionnements de la station d’épuration amont (comme la perte de matières en suspension ou la perte de nitrification), la réduction des concentrations en phosphore, des germes témoins de contamination fécale et des micropolluants (finition). Enfin, certains y voient un moyen de réaliser une valorisation énergétique (production de végétaux) et d’accroître la biodiversité.

De l’épuration vers la valorisation…

8L’évolution des stations d’épuration se poursuit. Demain, les installations auront une moindre empreinte environnementale avec une consommation énergétique et des émissions de gaz à effet de serre réduites. Elles permettront de récupérer le phosphore et la chaleur contenus dans les eaux usées et intégreront aussi la problématique des micropolluants (dont substances pharmaceutiques, cf. V.6). Pour accompagner cette transformation, tout en gardant une protection optimale des milieux récepteurs, les ingénieurs, les chercheurs et les collectivités font évoluer les modes de collecte et de traitement des eaux usées. Ils s’appuient sur des modèles numériques robustes prévoyant les coûts, l’énergie consommée et le cycle de vie des matériaux, en plus de prévoir les performances de traitement et les émissions.

Bibliographie

Références bibliographiques

• A. GRASMICK, C. CABASSUD, M. SPÉRANDIO et C. WISNIEWSKI – Bioréacteurs à membranes et traitement des eaux usées, Techniques de l’Ingénieur, 2007.

• Groupe de travail EPNAC – Les zones de rejet végétalisées : note de présentation, 2014.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Bioréacteur à membranes. © IRSTEA
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10009/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 97k
Légende Fig. 2 – Zone de rejet végétalisée de type fossé, après traitement par filtre planté de roseaux. © INSA, Toulouse
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10009/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 47k

Auteurs

Spécialiste des bioprocédés et traitement des eaux, Professeur à l’INSA de Toulouse, LISBP, Toulouse, p. 230.
sperandio@insa-toulouse.fr

Chimiste, Ingénieur de recherche à l’Irstea, MALY, Lyon-Villeurbanne, p. 230.
jean-marc.choubert@irstea.fr

Le texte et les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont sous Licence OpenEdition Books, sauf mention contraire.

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