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L'eau Clémentine Marcovici

Sommaire

I. L'eau - H2O
Petit historique de la molécule d'eau
La composition chimique de l'eau
Une propriété chimique remarquable : l'eau solvant

II. Qu'est-ce qu'une eau potable ?
La révolution de Pasteur
L'eau potable, un concept légal
L'"eau destinée à la consommation humaine"
- paramètres organoleptiques
- paramètres physico-chimiques en relation avec la structure naturelle des eaux
- paramètres concernant des substances "indésirables"
- paramètres concernant des substances toxiques
- paramètres microbiologiques
- pesticides et produits apparentés
- paramètres concernant les eaux adoucies livrées à la consommation humaine
Les contrôles
L'eau minérale

III. La filtration de l'eau
Petit historique
- à l'origine la filtration
- l'avènement de la désinfection chimique
Différents procédés physiques
Les filtres industriels
L'osmose inverse
- osmose
- principe technique
- résultats

IV. Qu'est-ce qu'il se passe dans une station d'épuration ?
Epuration de l'eau
But d'une STation d'EPuration (STEP)
Les différentes étapes
- prétraitement
- traitement primaire (décantation, flottation)
- traitement secondaire (élimination de la charge carbonée)
- traitement tertiaire (élimination de l'azote et du phosphore)
- traitement des boues
Les nuisances liées aux stations d'épuration : le traitement des odeurs

Si l'eau, sous forme gazeuse ou solide, est présente autour de certaines étoiles et dans l'atmosphère des
satellites, comètes et planètes du système solaire, seule la Terre est dotée d'eau liquide. La température
moyenne et la pression à la surface terrestre réalisent l'équilibre nécessaire pour que l'eau y soit
abondante sous trois formes, liquide, solide et gazeuse. Si la distance de la Terre au Soleil était réduite
de 5 %, la totalité de l'eau de notre globe serait vaporisée, comme sur la planète Vénus ; si elle était, au
contraire, augmentée de quelque 3 %, l'eau s'y trouverait uniquement sous forme de glace, comme sur la
planète Mars.

Si Aristote considérait l'eau comme l'un des quatre éléments essentiels avec la terre, l'air et le feu, il faudra cependant attendre l'apparition de la chimie moderne pour que l'on connaisse sa composition chimique.

Henry Cavendish, en 1781, est le premier à formuler théoriquement le fait que l'eau n'est pas un corps simple. La première synthèse d'eau, à partir d'hydrogène et d'oxygène, est réalisée la même année par Antoine Laurent de Lavoisier, avec l'aide de Pierre Simon de Laplace, à l'occasion d'une commission d'études demandée par Louis XVI pour perfectionner le système des aérostats. Chargé de produire de l'hydrogène pour ces ballons, Lavoisier monte une expérience d'analyse et de synthèse de l'eau qui durera deux jours. En présence d'un comité chargé de valider ses résultats, il apportera la preuve formelle que l'eau n'est pas un élément simple.

La découverte par le physicien italien Alessandro Volta de la pile électrique en 1800 va permettre de développer des générateurs électrochimiques, et l'électrolyse de l'eau est réalisée par les chimistes anglais W. Nicholson et A. Carlisle, qui récupèrent aux électrodes de l'hydrogène et de l'oxygène. Peu après, Louis Joseph Gay-Lussac et Alexander von Humboldt en établissent la formule moléculaire, H2O.

La formule chimique de la molécule d'eau est H2O. Le volume d'hydrogène étant le double de celui d'oxygène : la molécule est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. Dans la molécule H2O, chaque atome d'hydrogène est lié à l'atome d'oxygène par une liaison dite «covalente », c'est-à-dire qu'une paire d'électrons est mise en commun, ce qui confère une très grande stabilité à la molécule.

Une autre propriété remarquable de l'eau est de dissoudre, dans le milieu naturel et dans d'autres milieux, et de laisser entrer en réaction sans en être transformée chimiquement, le plus grand nombre de substances minérales, organiques ou gazeuses.

Base structurale des êtres vivants, condition nécessaire de leur métabolisme, l'eau rassemblée dans les océans, les mers, les lacs, les rivières, les étangs, les mares, les nappes souterraines n'est pas un milieu stérile : y vivent une multitude d'organismes, plantes, animaux, bactéries, une flore et une faune qui contribuent, par leurs fonctions vitales, à diversifier presque à l'infini la qualité des milieux aquatiques naturels.
 
 

Pendant des siècles, l'eau a été ce liquide suspect qui rendait malades ceux qui en buvaient. Sauf si elle jaillissait parfaitement pure de sources venues des profondeurs, cette dangereuse boisson était laissée aux animaux. Comme il fallait pourtant boire quelque chose, les anciens buvaient du lait, ou le jus des fruits - qui en fermentant devenait vin - , ou encore ils mélangeait l'eau à l'orge germée pour en faire de la bière... Ceci a beau être un peu caricatural, il n'en est pas moins vrai que c'est seulement depuis la découverte des bactéries par Pasteur et les progrès de l'hygiène qui ont suivi, que les facteurs qui rendent une eau "potable" ou "non potable" sont connus.

En 1881, Pasteur découvre les microbes. Sa célèbre phrase "Nous buvons 90% de nos maladies" ouvre une ère nouvelle dans l'approche de l'alimentation en eau potable. Les avancées de la bactériologie constituent donc un élément clef dans la définition de l'eau potable. Non seulement, à partir de cette date, on choisit les ressources en eau en fonction de la présence ou non de bactéries pathogènes mais, dès la fin du XIXème siècle, on comprend qu'une eau fraîche, limpide, sans saveur ni odeur n'est pas nécessairement synonyme d'eau potable. Le principe de l'eau souterraine pure par définition commence donc à être battu en brèche. En l'absence de traitements totalement fiables, la seule vraie garantie d'élimination des microbes réside dans l'ébullition de l'eau, et ce jusqu'au développement des traitements de désinfection, au début du XXème siècle.

Curieusement, ce qui définit une eau potable n'est pas tant le fait qu'elle soit "bonne à boire", mais bien qu'elle réponde à une norme établie par une réglementation... Or les règlements sont eux aussi volatils, avec comme conséquence qu'une eau potable dans un pays ne l'est pas dans le nôtre et inversement, et que l'eau potable de 1995 n'est plus celle de 1980, ni celle de 2010. Un exemple, la teneur en nitrates : l'eau de distribution peut en contenir jusqu'à 50 mg/l alors qu'il y 80 ans, la réglementation n'en autorisait que 2,5 mg/l. Bien sûr les connaissances ont évolué, et l'on peut supposer que ces modifications se font en connaissance de cause. Mais les mauvaises langues prétendent que les changements se font toujours vers une baisse de qualité parce que les producteurs d'eau ont de plus en plus de mal à satisfaire aux normes.

Le terme "Eaux destinées à la consommation humaine" (EDCH) a remplacé le terme "Eau potable" dans les directives qui émanent de la Communauté Européenne et les textes Français qui en découlent et en particulier le décret 89-3 & modificatifs (dernier en date : 95-363).

Les EDCH sont, entre autres, toutes les eaux qui peuvent être consommées ou être utilisées dans la fabrication des denrées alimentaires à l'exclusion des eaux minérales. En d'autres termes cela concerne donc l'eau froide et l'eau chaude sanitaire distribuées dans l'habitat, l'hôtellerie, les bureaux, les cuisines,...

Le décret 89-3 comporte l'exigence de qualité pour les EDCH "au lieu de leur mise à disposition de l'utilisateur" (article 2).
Cette qualité était exprimée en termes de limites pour sept familles de paramètres, soit 63 critères principaux :

- paramètres organoleptiques, concernant les qualités sensibles de l'eau (la couleur, la saveur, l'odeur, la transparence) ; ces critères n'ont pas de valeur sanitaire directe, une eau peut être trouble, colorée, sentir le chlore et être parfaitement consommable d'un point de vue sanitaire.

- paramètres physico-chimiques en relation avec la structure naturelle des eaux : au contact prolongé du sol, les eaux se chargent de certains éléments minéraux tels les chlorures, les sulfates, le magnésium, le sodium, le potassium, etc ; les limites de concentration fixées correspondent à des considérations de l'ordre du goût et de l'agrément plutôt qu'à des préoccupations sanitaires. La température, la conductivité, le pH sont également pris en compte. Le pH mesure l'acidité, qui est d'autant plus importante que le pH est bas. Il doit être supérieur à 6,5 unités. Au-dessous de ce seuil, on a affaire à une eau agressive, qui a un effet corrosif sur les canalisations, et peut conduire à la dissolution de métaux toxiques tel le plomb. Le pH doit être inférieur à 9, limite au-dessus de laquelle l'eau est trop alcaline.

- paramètres concernant des substances "indésirables" : ce sont des substances dont la présence est tolérée, tant qu'elle reste inférieure à un certain seuil (fluor, nitrates...) ; on retrouve là aussi des substances dont l'effet se limite à un désagrément pour l'usager (par exemple, des traces de rouille sur le linge dues à une concentration excessive de fer).

- paramètres concernant des substances toxiques (l'arsenic, le cadmium, le cyanure, le mercure, le plomb, le chrome, le nickel, l'antimoine et le sélénium, ainsi que certains hydrocarbures) : les normes retenues pour ce groupe de substances sont calculées en tenant compte de la "marge d'incertitude" qu'on rencontre en toxicologie, c'est-à-dire qu'elles fixent des limites sensiblement inférieures aux seuils considérés comme acceptables. Les teneurs tolérées sont minimes, parfois de l'ordre du millionième de gramme, ce qui exige des analyses extrêmement fines.

- paramètres microbiologiques : l'eau doit être exempte de bactéries et de virus pathogènes.

- pesticides et produits apparentés : plusieurs centaines de substances entrent dans cette catégorie, notamment les herbicides, les insecticides, les acaricides, les nématicides (contre les vers), les fongicides (contre les "champignons"et les "mousses"), les rodenticides (contre les rongeurs), les moluscicides (contre les limaces)... Les pesticides contaminent les eaux de surface (cours d'eau, lacs, etc.) par ruissellement, et les eaux souterraines par infiltration. L'atrazine, désherbant largement utilisé dans la culture du maïs, la simazine (autre désherbant) et le lindane (insecticide très utilisé dans l'industrie) font l'objet d'une attention spéciale. La norme française pour les pesticides se conforme à la directive européenne et limite : à 0,1 µg par litre la concentration maximale pour chaque substance, à 0,5 µg par litre la concentration totale en pesticides. Cette norme est sensiblement plus sévère que les recommandations de l'OMS, qui n'a pris en compte que des considérations sanitaires, alors que la directive européenne intègre la volonté de protéger le milieu naturel.

- paramètres concernant les eaux adoucies livrées à la consommation humaine : les eaux adoucies ou déminéralisées doivent se conformer aux mêmes normes ; mais en outre, elles doivent contenir une teneur minimale en carbonate ou bicarbonate (alcalinité), de même qu'en calcium ou magnésium (dureté). En effet, le calcium, auquel on reproche souvent d'entartrer machines et canalisations, est cependant nécessaire à l'équilibre physiologique. La dureté se calcule en "degrés français" (°F). 1 °F correspond à 4 mg de calcium ou 2,4 mg de magnésium par litre d'eau. La dureté de ces eaux ne doit pas être inférieure à 15 °F. L'alcalinité ne doit pas être inférieure à 2,5 °F.

Les installations intérieures aux bâtiments n'étaient pas explicitement désignées dans le décret 89-3 et l'exigence de qualité se traduisait en terme d'obligation de résultats sans définition des moyens à mettre en oeuvre.
Le décret 95-363, dont l'application est obligatoire sur tout le territoire Français depuis avril 1995, a modifié le décret 89-3 en introduisant une Section 5 : "Dispositions concernant les règles d'hygiène applicables aux installations de distribution d'eaux destinées à la consommation humaine". Cette section englobe clairement dans son domaine d'application, les installations intérieures aux bâtiments desservis par les réseaux publics de distribution. Celles-ci sont ainsi définies : elles comprennent "les réseaux de canalisation, les réservoirs et les équipements raccordés, de manière permanente ou temporaire, y compris les installations de production et de distribution d'eaux chaudes sanitaires."

Les contrôles

La réglementation française prévoit des analyses de contrôle officielles. A cela s'ajoutent les analyses de surveillance, ou autocontrôles, faites sous la responsabilité du distributeur. La qualité de l'eau potable est ainsi soumise à deux types de contrôles :

- un contrôle officiel, ponctuel, qui relève de la compétence des pouvoirs publics ; il correspond à une photographie de la situation à un moment donné ;

- une surveillance permanente des exploitants des services de distribution (régies municipales ou sociétés déléguées). L'article L.19 du code de la santé publique précise en effet que "quiconque offre au public de l'eau en vue de l'alimentation humaine, à titre onéreux ou gratuit, est tenu de s'assurer que cette eau est propre à la consommation", et l'article 21 précise que "tout concessionnaire d'une distribution d'eau potable est tenu (...) de faire vérifier la qualité de l'eau qu'il distribue".

L'eau minérale

Une eau minérale naturelle se différencie des autres eaux par des propriétés favorables à la santé constatées par l'Académie Nationale de médecine. Elle a une composition minérale constante et caractéristique.

Par exemple, Volvic est une eau minérale, sa composition est donc constante :
Sodium 9mg/l
Calcium 9,9mg/l
Fluor 0,2mg/l
Magnésium 6,1mg/l
Bicarbonate 65,3mg/l
Potassium 5,7mg/l
Chlorures 8,4mg/l
Sulfates 6,9mg/
Nitrates 6-7mg/l
Silice 30mg/l pH=7
Résidu Sec=109mg/l
Dureté=5,2°F
Son origine géologique souterraine la met à l'abri des pollutions. Page Volvic



III. La filtration de l'eau

- A l'origine, la filtration

Jusqu'à l'apparition des techniques de désinfection chimique de l'eau, au XXème siècle, les seuls traitements disponibles s'appuyaient sur des principes physiques de filtration, connus en fait depuis l'Antiquité. Le premier véritable exemple connu de filtration en France remonte à 1745, avec les filtres Amy, du nom de leur inventeur, dont la tentative de commercialisation domestique tourna court. Quantité de matériaux organiques et minéraux vont être testés avant que soient sélectionnés le sable et le charbon, qui sont encore aujourd'hui à la base des techniques modernes de filtration.

Dans la première partie du XIXème siècle, Paris va équiper ses fontaines publiques de filtres : ce sont les "fontaines filtrantes". Il faudra toutefois attendre la fin du siècle pour que les filtres utilisés éliminent les microbes, grâce aux travaux de l'Institut Pasteur dans ce domaine.

Le développement des concessions de distribution d'eau va, d'une part, mettre fin au système des fontaines publiques et des porteurs d'eau, du fait du développement de l'adduction à domicile et, d'autre part, stimuler la mise en euvre de filtrations communales à grande échelle (à Marseille, Lyon et Toulouse, par exemple). Paris se dote de grosses unités de filtration lente à la fin du XIXème siècle, avec les usines de Saint-Maur et d'Ivry.

Ces systèmes de filtration lente sur sable à grande échelle vont permettre d'améliorer sensiblement la qualité de l'eau distribuée. Ils vont d'ailleurs être complétés et améliorés par l'ajout de nouvelles étapes : la décantation (qui permet de laisser "déposer" une partie des matières indésirables") et la coagulation (ajout de réactif permettant de mieux "regrouper" ces mêmes matières pour les éliminer).

Mais, ces seuls traitements physiques n'éliminent pas toutes les bactéries, même si les épidémies reculent déjà.

- L'avènement de la désinfection chimique

L'histoire des traitements de désinfection chimique de l'eau commence au début du XXème siècle. Ces derniers ne se généraliseront que lentement : il faudra non seulement apprendre à en maîtriser les techniques mais, fait non négligeable, vaincre les réticences de populations au départ peu confiantes à l'égard d'une eau traitée chimiquement.

Comme pour la filtration, de nombreux produits seront essayés (acides, permanganates, iode, UV...) avant que le choix des professionnels de l'eau ne se porte sur deux oxydants : l'ozone et le chlore.

La première usine d'ozonation est installée en Hollande en 1893. Le procédé est développé en France par M. Otto et plusieurs villes adoptent ce système au tout début du siècle : Nice, Chartres, Lille... L'ozone est un désinfectant puissant qui présente de surcroît l'avantage de ne provoquer ni coloration, ni odeur, ni saveur, ni résidu. Par contre il n'est efficace que sur une eau déjà bien clarifiée, c'est un procédé cher et nécessitant une main d'euvre très qualifiée. Ces quelques handicaps font que c'est finalement le traitement au chlore, retenu par Paris en 1911, qui s'impose.

Le chlore, qui est également un oxydant puissant, est alors moins coûteux et d'un emploi plus simple que l'ozone. Son effet est en outre plus durable. Son emploi se généralise (Reims, Lyon, Saint-Malo) surtout après la Première Guerre Mondiale, au cours de laquelle est mis au point un procédé (la "verdunisation") permettant de réduire largement les doses de réactif, pour un moindre coût et un bénéfice gustatif évident. Aujourd'hui, 99% des unités de désinfection s'appuient sur le chlore.

Différents procédés physiques

La filtration est réalisée sur matériaux classiques (sables) ou adsorbants (charbons actifs en grains), ou sur membranes.

La filtration la plus répandue est la filtration sur lit de sable, d'autant plus efficace que les grains de sable sont plus fins et la vitesse de l'eau plus faible. Pour éviter que les couches composées de grains fins ne se mélangent à celles des grains plus gros, on utilise des filtres "bicouches", formés de matériaux de densité différente : une couche d'anthracite (les grains les plus gros) au-dessus d'une couche de sable fin. La filtration sur lit de sable est efficace, simple et peu coûteuse. C'est pourquoi elle s'est imposée, en raison des énormes volumes d'eau à filtrer.

On utilise également des filtres à charbon actif. On obtient le charbon actif par la calcination de substances organiques. Il se forme une sorte d'éponge très poreuse, qui peut retenir des molécules de toutes tailles. D'abord utilisé pour améliorer les qualités organoleptiques de l'eau par l'élimination des matières organiques, il sert aujourd'hui à l'élimination de nombreux polluants et micropolluants tels que les phénols, les pesticides ou les hydrocarbures. On peut utiliser le charbon sous deux formes : le charbon actif en poudre et le charbon actif en grains.

La filtration sur membranes (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration) est de plus en plus fréquemment utilisée, mais elle reste encore onéreuse. Elle se fonde sur l'utilisation de minces surfaces percées de pores réguliers de très petites dimensions (de quelques dizaines d'angström à 0,5 micron, selon la taille des particules à arrêter). Ces membranes peuvent être d'origine organique ou minérale.

Suivant le type d'appareil :
La filtration élimine le chlore, les mauvais goûts, les mauvaises odeurs, retient les sédiments, protège l'ensemble des appareils sanitaires et l'électro-ménager contre une usure prématurée. Selon le filtre dont il est équipé, le système de filtration sera même capable d'éliminer de nombreux éléments pollueurs et contaminants. Par conséquent, le choix de la dimension du filtre est très important, car plus il est fin, plus il pourra éliminer les bactéries, les virus et les éléments physico-chimiques...

Repères de dimensions de filtres :
Filtre 100 microns : retient les particules en suspension dans l'eau
Filtre 50 microns : retient le sable fin et certains parasites
Filtre 1 micron : élimine les parasites, les limons, et plusieurs éléments chimiques
Filtre 0.0001 micron (nano-filtration) élimine les bactéries, les virus et les éléments contaminants entre 97 % et + de 99 % Important : La taille d'un virus est de 0.002 micron
 
Les filtres industriels

Les filtres sont généralement constitués par du tissu, du papier, un treillage métallique, de la porcelaine, etc. L'écoulement du fluide à travers le filtre se fait le plus souvent par gravité, mais il peut être accéléré par une surpression en aval ou par une dépression en amont. On parle de filtre absolu lorsque la dimension des pores est telle qu'elle arrête la totalité des particules solides. Pour filtrer des particules très fines (ultrafiltration), généralement inférieures à 1 µ m, on utilise un système de papiers empilés, à travers lesquels on fait passer le liquide par dépression à l'intérieur d'un récipient. Les techniques modernes utilisent des membranes fabriquées en matériaux de synthèse (plastiques), qui ont la propriété de posséder des orifices de faibles dimensions. Certaines de ces membranes sont destinées à l'osmose inverse.

Les différents types de filtres les plus utilisés dans l'industrie sont :

1. Le filtre-presse, destiné au filtrage sous pression et constitué par une série de plateaux (ou plaques) et de cadres disposés alternativement, recevant une toile filtrante (toile métallique, tissu) entre chaque espace cadre-plateau. Le tout est assemblé sous forte pression dans un bâti à serrage mécanique ou hydraulique. Le liquide à filtrer passe à travers la toile, qui prend appui sur les plateaux munis de cannelures profondes destinées à évacuer le liquide filtré.

2. Le filtre à sable : très utilisé pour la purification des eaux potables, il est constitué par des couches de sable de qualité et de granulométrie adéquates, à travers lesquelles circule l'eau à vitesse relativement faible.

3. Les filtres rotatifs : famille de filtres industriels constitués par un tambour creux dont la surface cylindrique reçoit un tissu. Le tambour, qui est en rotation continue, est partiellement immergé dans le liquide à filtrer contenu dans un bac. On produit une dépression à l'intérieur du tambour, forçant ainsi le passage du fluide à travers la toile vers l'intérieur, d'où il est extrait par une pompe.

4. Le filtre à bougies : utilisé pour la production d'eau potable ménagère, il est constitué par un cylindre creux de porcelaine poreuse, à l'intérieur duquel l'eau est envoyée sous pression.
 
L'osmose inverse

- Osmose

Le principe de l'osmose biologique, découvert en 1826 parle physicien français Dutrochet, découle directement des propriétés des membranes semi-perméables que l'on peut observer dans l'organisme, qui permettent des échanges entre des milieux plus et moins concentrés. L'osmose fait partie des phénomènes vitaux fondamentaux : les plantes puisent leur nourriture dans le sol et l'oxygène passe dans notre sang de cette manière. Les éléments nutritifs pénètrent aussi dans nos cellules grâce à ce phénomène d'osmose.

Quant à l'osmose inverse, elle utilise la pression de l'eau du robinet pour franchir une membrane semi-perméable en matière synthétique. Elle a été mise au point par la NASA pour recycler l'urine et les eaux usées des cosmonautes et éviter ainsi de surcharger les capsules et stations orbitales avec des bouteilles d'eau.

Qualifiée par l'OMS de méthode pratique et raisonnable, l'osmose inverse utilise une membrane d'une extrême finesse (0,0001 micron). Cette membrane filtre tous les éléments indésirables que l'eau peut contenir. La taille d'un virus étant de 0,002 micron, ils sont éliminés à 100 % ainsi que les microbes et les bactéries. L'atout majeur des osmoseurs demeure aussi l'élimination de la quasi totalité des nitrates et des molécules cytotoxiques, métaux, nitrates, engrais, herbicides, pesticides, dioxines, poussières radioactives, ... à des taux très élevés (entre 97 % et + de 99 %).

- Principe technique de l'osmose inverse

Le coeur du système de filtration par osmose inverse est une cartouche maintenant une membrane : un film en triacétate de cellulose (TAC) ou en polyamide (TFC, c'est-à-dire Thin Film Composite), de forme spiralée. Cette membrane est une sorte de peau, présentant des pores d'un diamètre de 10-4 microns (0,0001), capables d'éliminer les molécules les plus fines ainsi que les bactéries et même les virus qui, mesurant quelque 0,2 microns, sont éliminés à 100%. L'eau pénètre dans la cartouche et sous la pression du réseau d'alimentation, seules les molécules d'eau traversent cette membrane, les autres molécules sont rejetées en permanence avec une partie de l'eau non filtrée. On obtient donc d'un côté de cette membrane séparatrice une solution très peu concentrée, l'eau pure, et, de l'autre, une solution sur-concentrée qui est progressivement évacuée. L'eau passe ainsi du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, c'est-à-dire à l'envers du principe de l'osmose cellulaire qui utilise la pression osmotique pour permettre aux liquides circulants et extracellulaires d'apporter l'eau dans la cellule, d'où son nom d'osmose inverse.

Le pré-traitement de l'opération d'osmose inverse est la filtration de l'eau sur un filtre à charbon actif végétal compacté, qui élimine les impuretés entre 5 et 25 microns (rouille, boue, et autres) et le chlore à plus de 90 %. Le post-traitement consiste à faire passer l'eau à travers un filtre à charbon actif végétal en granulés afin d'éliminer le goût et l'odeur du chlore et de retenir tous les produits chimiques (pesticides, herbicides, métaux lourds). L'osmoseur élimine jusqu'à 99 % des contaminants de l'eau ainsi que les nitrates, le calcaire, les minéraux inassimilables par l'organisme et tous les métaux lourds même à l'état atomique.

- Résultats

On obtient ainsi une eau très pure, possédant des mesures bio-électroniques parfaites pour la santé, pratiquement identiques à celles des eaux de source les plus naturelles :

1 - pH légèrement acide de 6,6 idéal pour la digestion, l'assimilation des aliments et le rééquilibre du pH du sang généralement trop basique.

2 - résistivité élevée, 20 000 à 30 000 ohms, permettant une parfaite élimination des toxines par les reins.

3 - l'eau osmosée est anti-oxydante, alors que l'eau en bouteille est plus oxydée du fait du délai souvent trop long entre la mise en bouteille et la consommation.

Par contre, l'osmose inverse présente un risque de recontamination bactérienne. De plus, ces systèmes sont assez "lents" et leur rendement varie avec la température et l'âge de la membrane. Il consomme également beaucoup d'eau (8 à 33 fois l'eau produite) ce qui conduit au gaspillage.

Quand on parle d'épuration des eaux usées urbaines, il n'est pas question de les rendre pures, mais plutôt d'en retirer le plus de déchets dont on les a chargées pour les évacuer.

Les causes de pollution des eaux naturelles sont de nature chimique et d'origine très variées :
- les eaux usées des ménages privés : essentiellement des substances biodégradables (graisses, protéines, agents tensioactifs) et des produits chimiques ménagers (composés chlorés entre autres) ;
- les eaux usées de l'industrie et du commerce : substances aisément et difficilement biodégradables, métaux lourds et composés carboniques ;
- la production agricole : par exemple substances nutritives (nitrate, phosphate), etc. et pesticides ;
- les polluants atmosphériques : par exemple oxyde d'azote et anhydride sulfureux ;
- les anciennes décharges : par exemple métaux lourds, hydrocarbures ;
- l'utilisation de substances dangereuses pour l'eau ;
- la navigation : déversements de pétrole ;
- les constructions hydrauliques.

"Epurer" les eaux usées des égouts publics, où sont déversées les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles prétraitées conformément aux autorisations délivrées aux entreprises, c'est plutôt les "purifier". L'objectif de l'épuration des rejets est défini par l'objectif de qualité que l'on choisit pour les cours d'eau. Ceux-ci diffèrent actuellement selon les usages de l'eau, définis le plus souvent par des directives européennes. Elles sont exprimées notamment par des valeurs de paramètres physico-chimiques que ne doivent pas dépasser l'eau du milieu considéré.
 

Il s’agit d’abord de débarrasser l’eau des éléments solides maintenus en suspension. Dans une station d’épuration ou STEP, c’est le traitement primaire qui s’en charge. Il consiste en l'élimination des déchets par des moyens physique ou physico-chimiques.

Il faut ensuite réaliser l’épuration biologique des eaux (traitement secondaire). Celle-ci a pour objet principal d’éliminer la pollution par des matières organiques en faisant appel à des bactéries. Ce procédé permet d’éliminer la pollution organique, cause de l’asphyxie des rivières polluées.

L’accent est mis aujourd’hui sur les micropollutions constituées par de faibles résidus de matières "toxiques". De plus en plus, un traitement tertiaire a pour objet d’éliminer les sels minéraux nutritifs, résidus inévitables de l’épuration des eaux polluées de matières organiques. Ce sont les nitrates et les phosphates, cause de la dystrophisation des milieux aquatiques (dont l’activité biologique est ralentie, en cause la pauvreté des milieux en oxygène et en bactéries actives).

La biodégradation des eaux usées urbaines ne pose pratiquement plus de problèmes. En effet, elles 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. En STEP, on optimalise la capacité d’épuration de tout ce petit monde en créant les conditions favorables à son épanouissement : oxygénation, concentration.

Ce système est une reconstitution " industrielle " du phénomène d’auto-épuration naturelle. Elle en diffère par une plus grande vitesse de réaction due à une forte concentration en micro-organismes.

Les effluents doivent subir avant le traitement proprement dit, un prétraitement comportant un certain nombre d'opérations à caractère physique ou mécanique. Le but est dans ce cas d'extraire et d'éliminer de l'eau les éléments solides en suspension ou en flottation et qui pourraient constituer une gêne pour les traitements ultérieurs. Il s'agit des déchets volumineux (dégrillage), des sables et graviers (dessablage) et des graisses (dégraissage-déshuilage).

Ces traitements successifs sont :

- le dégrillage : il consiste à retenir les gros déchets solides au moyen de grilles à barreaux verticaux dont l'écartement varie entre 3 et 100 mm en fonction de l'efficacité voulue. Sont ainsi éliminés les bois, plastiques, papiers, bouteilles, feuilles qui sont susceptibles de provoquer des dégâts aux conduites et machines des différentes unités de l'installation. Ces éléments sont ensuite éliminés avec les ordures ménagères. Le tamisage, qui utilise des grilles dont l'espacement est plus réduit, peut compléter cette phase de prétraitement. Cependant, il génère beaucoup plus de déchets.

- le dessablage : il débarrasse les eaux brutes des sables et des graviers par sédimentation, de manière à éviter l'abrasion des pompes et conduites en aval. L'écoulement de l'eau à une vitesse réduite dans un bassin appelé "déssableur" entraîne leur dépôt au fond de l'ouvrage. Ces particules sont ensuite aspirées par une pompe. Les sables récupérés sont essorés, puis lavés avant d'être soit envoyés en décharge, soit réutilisés, selon la qualité du lavage.

- le dégraissage : il vise à éliminer la présence de graisses dans les eaux usées, graisses qui peuvent gêner l'efficacité des traitements biologiques qui interviennent ensuite. Les huiles et les graisses en principe flottent car leurs densités sont inférieures à celle de l'eau. Le dégraissage s'effectue par flottation. L'injection d'air au fond de l'ouvrage permet la remontée en surface des corps gras. Les graisses sont raclées à la surface, puis stockées avant d'être éliminées (mise en décharge ou incinération). Elles peuvent aussi faire l'objet d'un traitement biologique spécifique au sein de la station d'épuration. De nombreuses stations utilisent des dessableurs- dégraisseurs combinés. Le temps de séjour dans ce type d'ouvrage est de 5 à 12 minutes.

Si les prétraitements visent à l'élimination des matières solides, des sables, et des matières minérales qu'on peut récupérer par surnage, le traitement primaire élimine plus de la moitié des matières en suspension et constitue une pré-épuration non négligeable quoique insuffisante pour garantir la qualité du rejet en milieu naturel. Il fait appel à différents procédés physiques ou chimiques. Les matières décantables se déposent au fond ou flottent à la surface par différence de densité ou après adjonction de produits agglomérant les matières et accélérant leur flottation ou leur sédimentation.

- La décantation primaire classique consiste en une séparation des éléments liquides et des éléments solides sous l'effet de la pesanteur. Les matières solides se déposent au fond d'un ouvrage appelé "décanteur" pour former les "boues primaires". Ces dernières sont récupérées au moyen d'un système de raclage. Ce traitement élimine 50 à 55 % des matières en suspension.

- L'utilisation d'un décanteur lamellaire permet d'accroître le rendement de la décantation. Ce type d'ouvrage comporte des lamelles parallèles inclinées, ce qui multiplie la surface de décantation et accélère donc le processus de dépôt des particules. Une décantation lamellaire permet d'éliminer plus de 70 % des matières en suspension.

- La décantation est encore plus performante lorsqu'elle s'accompagne d'une floculation préalable. La coagulation-floculation permet d'éliminer jusqu'à 90 % des matières en suspension. Cette technique comporte une première phase d'adjonction d'un réactif, qui provoque l'agglomération des particules en suspension, puis une accélération de leur chute au fond de l'ouvrage. Les amas de solides ainsi obtenus sont appelés "flocs".

Si les prétraitements font appel à des procédés physiques, le traitement secondaire est une épuration biologique.

C'est lors de ce traitement que s'élimine l'essentiel des agents polluants dans les eaux usées à savoir l'élimination de la pollution carbonée biodégradable.

Il consiste à mettre en contact l'eau usée avec une biomasse épuratrice qui est en fait un écosystème simplifié et sélectionné ne faisant appel qu'à des micro-organismes. Elle est constituée d'être vivants de petite taille, inférieure au millimètre, microflore de bactéries et microfaune d'animaux, protozoaires, ...

La dégradation se réalise alors par voie aérobie (en présence d'oxygène), elle consiste à dégager les impuretés grâce à l'action de la biomasse dont les bactéries digèrent la matière organique à condition de régler l'oxygène dissous dans l'eau et la concentration de la biomasse.

Pour ce faire, on utilise en STEP pour E.R.U. (eaux résiduelles urbaines) le système des boues activées qui est une reconstitution industrielle du phénomène d'auto-épuration naturelle ; elle en diffère par une plus grande vitesse de réaction. On provoque le développement d'une culture bactérienne libre sous forme de flocons dans un bassin brassé et aéré et alimenté en eau à épurer.

Le temps de contact eau usée-biomasse est de l'ordre de 6 à 10 heures. Une équation simplifiée du traitement secondaire peut s'écrire :

           eau usée + biomasse + oxygène  - eau épurée + accroissement de la biomasse + gaz.

Les eaux usées contiennent divers composés azotés provenant des déjections humaines et animales, des épandages agricoles (lisier, fumure, engrais) ainsi que le phosphore provenant pour l'essentiel des détergents utilisés pour les lessives et en agriculture.

Si ces substances ne sont pas directement nocives, leur action sur le milieu aquatique est néfaste. En effet ils diffusent jusqu'à la surface éclairée où ils favorisent la prolifération excessive d'algues et autres plantes vertes qui à leur tour décomposent nitrates et phosphates dont l'oxygène passe dans l'atmosphère. Ils jouent un rôle prépondérant dans l'eutrophisation des eaux.

Dans la STEP, ce traitement se généralise de plus en plus en combinaison avec le traitement secondaire. Il s'agit d'un procédé bio-chimique qu'on dit de boues activées à alternance de phase.

Après traitement primaire par décantation et traitement des eaux résiduelles par la biomasse, les boues primaires et secondaires, en décomposition et malodorantes, doivent être traitées afin de les stabiliser et de les éliminer.

Les nuisances liées aux stations d'épuration : le traitement des odeurs

La dépollution des eaux usées produit des odeurs, qui sont parfois perçues comme une gêne par les riverains des stations d'épuration. Les principales sources de mauvaises odeurs sont les boues et leur traitement, ainsi que les installations de relevage et de prétraitement. Le seuil de tolérance de ces nuisances olfactives est subjectif et aucune norme en matière d'émissions malodorantes n'existe. Cependant, les exploitants de stations d'épuration cherchent à limiter les odeurs dégagées par les traitements.
La conception des stations est le premier élément permettant de limiter l'émission d'odeurs dans le voisinage. Il faut par exemple veiller à réduire les surfaces d'échange entre l'air et les eaux usées. Ainsi, les ouvrages les plus odorants sont souvent regroupés pour concentrer l'émission d'effluves nauséabondes. Leur couverture est aussi une manière d'atténuer les émissions malodorantes. Des installations de désodorisation chimiques ou biologiques sont également mises en place au sein des stations d'épuration. La désodorisation chimique est la technique la plus utilisée. Les gaz malodorants sont captés puis envoyés dans des tours de lavage où un liquide désodorisant est pulvérisé. Ces lavages peuvent comporter de la soude, de l'acide et / ou de l'eau de javel, réactifs qui captent ou neutralisent les mauvaises odeurs. La désodorisation biologique consiste à faire passer l'air au travers d'un matériau poreux sur lequel on développe un biofilm, de façon analogue aux biofiltres utilisés pour le traitement de l'eau.