Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Après avoir introduit la problématique des eaux destinées à la consommation humaine, cet article décrit les critères de choix d'une filière de traitement et les difficultés rencontrées. Plusieurs approches de définition des filières sont ensuite présentées, dont les relations entre les paramètres de la réglementation et les procédés permettant de contribuer à l'élimination des eaux. L'approche choisie ici est celle reliant la filière type à la qualité spécifique (pour les eaux souterraines) ou globale (pour les eaux superficielles) de la ressource. Dans le cas des eaux souterraines ou profondes, sept filières conventionnelles sont décrites avec leur variante dites « filières avancées ». Pour les eaux superficielles, trois types d'eau sont globalement retrouvés en France, eaux « dures » de cours d'eau, « eaux douces » de cours d'eau et eaux de retenue. Pour chaque type d'eau, une filière conventionnelle est présentée avec ses variantes, notamment celles apportées par les techniques membranaires.
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After having introduced the issue of water intended for human consumption, this article describes the criteria for choosing a treatment process and the problems encountered. Several approaches in order to define the processes are then presented, including the relationship between regulation parameters and processes allowing for the elimination of water. In this article, the selected approach links the standard approach to the specific quality (for deep or underground water) or global quality (for surface water) of the resource. In the case of underground or deep water, seven conventional treatment methods are described with their so-called "advanced treatment methods" variant. Concerning surface water, three types of water are generally found in France, "hard" water in streams, "soft water" in rivers and contained water. For each type of water, a conventional treatment approach is presented with its variants, including processes based on membrane techniques.
Auteur(s)
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Bernard LEGUBE : Professeur des Universités (Chimie de l'eau et Traitement des eaux) - Directeur de l'École nationale supérieure de Poitiers (ENSI-Poitiers) - Coordonnateur du programme de recherche « Eaux-Sols » de l'Université de Poitiers - Ancien directeur du Laboratoire de chimie et microbiologie de l'eau (UMR CNRS 6008) de l'Université de Poitiers
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Pierre MOUCHET : Ingénieur agronome INA Paris – GREF - Ancien directeur à la société Degrémont
INTRODUCTION
Selon la disponibilité et la qualité des ressources, les eaux brutes destinées à produire des eaux de consommation sont prélevées dans les nappes souterraines ou dans les milieux aquatiques de surface (rivières, canaux, lacs naturels ou de retenue...). Bien que 95 % des ressources utilisées soient d'origine souterraine, elles ne concernent que 66 % des volumes captés. Inversement, les eaux d'origine superficielle représentent 4,6 % du total des ressources, mais concernent plus du tiers des volumes captés (34 %).
La réglementation actuelle s'appuie sur le décret no 2003-461 du 21 mai 2003 relatif à certaines dispositions réglementaires du Code de la santé publique (titre II, chapitre 1er), notamment sur la section « Eaux destinées à la consommation humaine à l'exclusion des eaux minérales naturelles ».
Ce décret définit les eaux destinées à la consommation humaine comme devant :
Dans les années 1960-1970, les eaux souterraines étaient simplement pompées, chlorées et distribuées. Toutes les filières de traitement d'eaux superficielles étaient conçues selon le schéma classique « coagulation, floculation, décantation, filtration en profondeur, désinfection » avec une pré-chloration quasiment systématique, permettant aux différents procédés de travailler en ambiance chlorée sans qu'aucun phénomène biologique ne puisse y prendre place.
Le développement considérable des connaissances en chimie analytique et en toxicologie, la publication de nouvelles réglementations et les exigences du consommateur permettent de comprendre pourquoi les filières ont considérablement évolué à partir des années 1970-1980 (suppression de la pré-chloration, optimisation de l'élimination des matières organiques, introduction de traitement d'affinage de type ozonation/filtration sur charbon actif en grains). Ces filières sont désignées comme « conventionnelles » dans cet article.
Les filières conventionnelles de traitement peuvent parfois – et cela sera encore plus le cas dans l'avenir – présenter des limites en termes d'efficacité et/ou de fiabilité. Depuis la fin des années 1980, et beaucoup plus fréquemment aujourd'hui, les membranes apportent des solutions nouvelles, qui, bien qu'elles ne soient pas universelles et généralisées, permettent indéniablement d'alléger le dimensionnement et la conduite de la filière et d'améliorer la qualité du produit. La microfiltration, l'ultrafiltration et, à moindre effet, la nanofiltration sont de plus en plus utilisées dans les filières que nous qualifierons de « filières avancées ».
Les conseils qui suivent sur le choix de la meilleure filière de traitement dans le domaine de l'eau potable doivent être considérés comme un guide et non comme une règle infaillible, chaque eau constituant souvent un cas unique. Par ailleurs, aucun procédé n'est décrit dans cette partie ; le lecteur pourra se reporter à la base documentaire « Technologies de l'eau » et notamment à la rubrique dédiée aux opérations unitaires de traitement (volume W2).
• 30 000 captages (soit ≈ 95 % en eau souterraine et ≈ 5 % en eau superficielle), mais 90 % des captages ne produisent que 21 % des volumes.
• 18 millions de m3 par jour sont captés (soit ≈ 34 % en eau superficielle et ≈ 66 % en eau souterraine).
• 80 % des ressources en eaux superficielles pour l'AEP sont des eaux courantes (rivières, canaux) et 20 % des eaux stagnantes (dont 13 % de barrages et réservoirs).
• 3 000 usines et stations, 560 000 km de canalisations et plus de 10 millions de m3 de capacité de réservoirs (soit ≈ 1 journée de consommation).
• 150 litres d'eau potable consommée par habitant et par jour, avec un rendement (volume consommé/volume mis en distribution) de 70 à 75 %.• Les pertes (30 à 25 % en moyenne) comprennent les volumes soutirés hors comptage (détournés et gaspillés), les fuites en réseau (cassure ou rupture de canalisation, fuites sur vannes, pertes sur branchements) et les défauts d'enregistrement des compteurs.
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Filières de traitement pour eaux souterraines ou profondes
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3. Différentes approches pour définir la filière
3.1 Désinfection précédée (au plus) de trois groupes d'étapes de traitement
Une première approche est de considérer qu'une filière de traitement des eaux destinées à la consommation humaine doit inclure en priorité une excellente désinfection [W 5 500] précédée, au plus, de trois groupes d'étapes de traitement (prétraitements physico-chimiques, clarification, traitements d'affinage).
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L'étape de prétraitements physiques et/ou physico-chimiques est assez fréquente pour le traitement d'eaux souterraines. Elle est alors souvent spécifique car dépendante des caractéristiques particulières de l'eau : il s'agit principalement de l'oxydation pour déferriser ou démanganiser, de la nitrification, de la dénitrification, de l'adoucissement par la chaux et/ou de la neutralisation. Pour les eaux superficielles, les prétraitements sont souvent réduits à des procédés physiques (dégrillage, dessablage, tamisage, microtamisage...), à une pré-oxydation, voire exceptionnellement dans le cas des eaux très douces, une reminéralisation.
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L'étape de clarification est généralement réduite à une simple filtration, avec ou sans coagulation, pour les eaux souterraines. Dans le cas d'eaux de surface, c'est une clarification complète avec coagulation, floculation, décantation (ou flottation) et filtration, avec parfois une reminéralisation et/ou une oxydation, en tête de filière et/ou entre la décantation et la filtration.
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L'étape de finition (ou d'affinage) est conventionnellement une filtration sur charbon actif en grains souvent précédée d'une ozonation. Bien qu'elle soit également utilisée en eau souterraine notamment lors d'une dénitrification ou de l'élimination de pesticides, cette étape est plutôt réservée au traitement d'eaux de surface.
Les procédés à membrane ont fait une apparition notable ces dernières années...
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Différentes approches pour définir la filière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ADLER (E.) - Le Mémento de l'eau potable en France. - Environnement et Technique, Hors-Série no 8, 68 p., mars 2003.
-
(2) - American Water Works Association (AWWA) - Water quality and treatment : a handbook of community water supplies (Qualité et traitement de l'eau : un manuel pour les services municipaux de distribution d'eau). - PONTIUS (F.W.) Technical Editor, 4e édition, McGraw-Hill, New York, Londres, Paris, 1 194 p. (1990).
-
(3) - AWWA – ASCE - Water treatment plant design (Conception des stations de traitement d'eau). - 3e édition, McGraw-Hill, New York (1998).
-
(4) - BONNELYE (V.), DO QUANG (Z.), ABIDINE (N.) - Qu'apportent les procédés à membranes dans les filières de production d'eau potable ? 1. La place des procédés à membranes dans les filières de traitement. 2. Les raisons du succès des procédés à membranes pour la potabilisation des eaux. - Conférence Membranes, eaux usées, boues, Pollutec, Lyon (2004).
-
(5) - BONNELYE (V.), BRAND (Th.), MOLES (J.), SANZ (M.A.) - Procédés...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Protection juridique et réglementaire des milieux aquatiques.
-
Eaux destinées à la consommation humaine. Risques sanitaires, contrôle et réglementation.
-
Oxydation et réduction appliquées au traitement de l'eau. Principes généraux.
-
Oxydation et réduction appliquées au traitement de l'eau. Oxygène, chlore et dérivés.
-
Oxydation et réduction appliquées au traitement de l'eau. Ozone, autres oxydants, réducteurs.
-
...
Techniques – Sciences – Méthodes (TSM). Revue mensuelle de l'ASTEE (ex-AGHTM, Paris).
L'Eau, l'Industrie, les Nuisances. Éditions Johanet, Paris.
Journal Européen d'Hydrologie. ASEES, Fac. de Pharmacie, Paris.
La Tribune du CEBEDEAU. Liège (Belgique).
CR des Journées Information Eau. JIE, années paires, APTEN/ESIP, Poitiers.
Journal Water SRT – Aqua. International Water Association (IWA), Londres UK.
Water Research. IWA, Pergamon Press – Elsevier UK.
Water Science & Technology. CR des Congrès de l'IWA, Londres UK.
Journal AWWA, American Water Works Association USA ( http://www.awwa.org).
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Décret no 2003-461 de mai 2003 relatif à certaines dispositions réglementaires du Code de la Santé publique.
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