1Le concept d’évaluation des risques dus aux eaux consommées par les êtres humains prend naissance au milieu du XX^e siècle. Il devient obligatoire pour ces eaux de respecter l’absence de certains germes tests, considérée comme représentative d’un très faible risque de la présence redoutée de certains pathogènes*. Cet objectif sanitaire « d’absence de germes tests » a aujourd’hui montré son efficacité et a permis de réaliser d’énormes progrès dans le domaine de l’hygiène publique au XX^e siècle.

L’usine conventionnelle d’eau potable

2C’est dans le premier quart du XX^e siècle que se développent les procédés de filtration lente, de désinfection (javellisation*, ozonation*), puis de clarification* utilisant la coagulation*. Dans les années 1960-1970, le traitement de l’eau pour la production d’eau potable demeure toujours très simplifié. Les eaux souterraines sont simplement pompées et chlorées et le traitement des eaux superficielles est conçu suivant le schéma classique : prélèvement d’eau en amont de la ville, stockage d’eau brute, préchloration fréquente, coagulation/floculation*, décantation, filtration sur sable, désinfection par chloration.

3Le développement des sciences analytiques, de la toxicologie et de l’épidémiologie a permis de détecter de très nombreuses molécules chimiques et de nouveaux microorganismes dans les eaux naturelles et d’évaluer leurs effets sur la santé. Pour la plupart des substances chimiques, le risque est surtout à long terme et les réglementations sont établies dans ce sens, avec la notion de concentration maximale admissible (CMA) à respecter. Quand la prévention de la pollution n’est pas suffisante et/ou quand le traitement de l’eau est insuffisamment efficace pour satisfaire ces exigences de CMA, les filières de traitement doivent être adaptées (dès leur conception ou lors de leur réhabilitation).

4C’est pourquoi les simples filières conventionnelles ont dû progressivement intégrer des traitements spécifiques (généralement pour l’eau souterraine) et des traitements d’affinage (pour l’eau de surface). Nombre de ces procédés ont vu le jour ces dernières décennies, ceux utilisant des membranes constituant le saut technologique (initié dans les années 1980) le plus important dans le domaine de la production d’eau potable (cf. V.13). Ils sont aujourd’hui généralement couplés à l’adsorption* sur charbon actif*. Permettront-ils d’atteindre le concept « d’eau sans chlore », recherché depuis les années 1990 ? C’est encore inimaginable aujourd’hui dans la très grande majorité des cas, compte tenu de la nécessité de distribuer l’eau dans des réseaux qui demeurent toujours très sensibles au développement d’une pollution microbiologique.

La désinfection, une étape incontournable

5La désinfection est la première priorité du traiteur d’eau (toutes filières de traitement et ressources), dont l’objectif est de produire et de distribuer une eau exempte de germes pathogènes. Bien que pouvant être physique, elle est souvent associée à la seule injection de réactif chimique avant distribution. Il faut distinguer la désinfection active pratiquée dans l’usine (effet biocide*) de la désinfection de sécurité pratiquée dans le réseau de distribution (effet rémanent).

6En France, un réactif chimique (chlore gazeux, hypochlorite ou dioxyde de chlore) est systématiquement appliqué en fin de traitement, en plus de l’action des procédés en amont agissant par rétention physique des micro-organismes (clarification conventionnelle, microfiltration*, ultrafiltration*…) ou par leur inactivation (ozonation, irradiation UV). L’efficacité de la désinfection dépend du micro-organisme et du procédé. Toute désinfection chimique ou physique en usine, même excellente, ne permet pas d’éviter une désinfection de sécurité, qui consiste à maintenir une concentration résiduelle de désinfectant chimique jusqu’au robinet du consommateur. La désinfection chimique consiste à appliquer une certaine concentration résiduelle de désinfectant pendant un temps de contact suffisant, tout en limitant la formation de sous-produits de désinfection. Elle sera d’autant plus efficace que la qualité de l’eau sera grande. Une excellente clarification préliminaire de l’eau est donc primordiale, ainsi qu’une très significative élimination des matières organiques naturelles et autres composés réducteurs. Le carbone organique dissous réagit avec les désinfectants chimiques en formant des sous-produits de désinfection potentiellement toxiques, comme les trihalométhanes (avec le chlore), les chlorites (avec le dioxyde de chlore) et les bromates (avec l’ozone). Enfin, la désinfection par irradiation UV à 254 nm, repose sur le concept de la dose d’irradiation, qui est le produit de l’irradiance (ou puissance) par le temps d’irradiation. Aux doses pratiquées, les connaissances actuelles n’ont pas mis en évidence la formation de sous-produit de désinfection.

Schéma d’une filière moderne de traitement d’eau de surface. D'après Tout savoir sur l'eau du robinet, CNRS Éditions, 2013. © E Godet

La mise à l’équilibre des eaux

7L’eau contient du dioxyde de carbone et de nombreux sels minéraux, dont les variations de concentration peuvent lui conférer un pouvoir de dissolution particulièrement fort (eau corrosive) ou une capacité élevée de précipitation* (eau incrustante). Les eaux qui présentent ce caractère corrosif ou entartrant doivent être mises à l’équilibre afin de protéger le consommateur (dissolution de métaux issus des conduites, risques de contamination microbiologique) et l’état des réseaux collectifs et individuels (fuites et casses dues à la corrosion, entartrage).

8La teneur élevée en CO₂ dissous libre des eaux naturelles souterraines, souvent supérieure à la simple dissolution du CO₂ atmosphérique (à cause principalement de l’activité bactérienne), accroît considérablement le pouvoir de dissolution du carbonate de calcium (et autres roches et sédiments). Cet équilibre se maintient quand la concentration en CO₂ dissous libre et le pH de l’eau correspondent aux « CO₂ équilibrant » et au « pH d’équilibre ». Si CO₂ libre = CO₂ équilibrant et pH eau = pH équilibre, l’eau est à l’équilibre. Si CO₂ libre > CO₂ équilibrant et pH eau < pH équilibre, l’eau est agressive (ou corrosive). Si CO₂ libre < CO₂ équilibrant et pH eau > pH équilibre, l’eau est incrustante (ou entartrante).

9La réglementation conseille que soit respectée la référence « pH équilibre – pH mesuré = 0 ± 0,2 », mais l’objectif classique est de distribuer une eau légèrement incrustante. Pour cela, il faut, soit neutraliser l’agressivité carbonique par aération forcée et/ou par neutralisation (injection de chaux ou soude, filtration sur lit de carbonate de calcium), soit augmenter les teneurs en ions calcium et bicarbonate par ajout de CO₂ et de chaux (reminéralisation, pour éviter un pH d’équilibre trop élevé). Si l’eau est trop incrustante (trop dure), des procédés de décarbonatation (par précipitation du carbonate de calcium) ou adoucissement (par échange d’ions) sont souvent pratiqués, sans incidence sur la santé. En cas d’utilisation d’adoucisseur ménager, sans désinfection aval, il est toutefois conseillé de ne pas consommer l’eau directement, sauf après ébullition. Un arrêt prolongé du système d’adoucissement peut induire le développement de micro-organismes.