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RÉSUMÉ
Les membranes de filtration, connues depuis le début du XXème siècle, connaissent un essor en traitement de l’eau depuis les années 1980.Par le large éventail de seuils de coupure qu’elles offrent, les opérations de microfiltration, d'ultrafiltration, de nanofiltration et d'osmose Inverse, se placent comme des technologies de choix dans la palette du traitement des eaux. Cet article propose un aperçu des potentialités de ces technologies, illustrées de quelques exemples dans les domaines du dessalement de l’eau de mer, de la production d’eau destinée à la consommation humaine à partir des eaux douces et du traitement des eaux usées en vue de leur réutilisation.
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Christel CAUSSERAND : Professeure UPS Laboratoire de génie chimique, Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS, Toulouse, France
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Claire ALBASI : Directrice de recherche CNRS Laboratoire de génie chimique, Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS, Toulouse, France
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Hélène ROUX de BALMANN : Directrice de recherche CNRS Laboratoire de génie chimique, Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS, Toulouse, France
INTRODUCTION
Le programme phare des Nations unies pour l’eau, World Water Assessment Program (WWAP), réunissant l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et l’UNICEF, estime que chaque être humain a besoin d’au minimum 20 à 50 L d’eau propre chaque jour pour satisfaire ses besoins. Près de 2 personnes sur 10 sont encore privées d’eau potable et plus d’un milliard d’êtres humains sont réduits à consommer de l’eau potentiellement contaminée. La pollution des eaux par les rejets issus de l’industrie, de l’agriculture et des eaux usées domestiques a des conséquences dramatiques. La plus préoccupante est la propagation de maladies, au premier rang desquelles le choléra, la typhoïde ou la dysenterie. On estime que 80 % des maladies prévalant dans les pays en développement seraient directement liées à un accès défaillant à l’eau potable et aux équipements sanitaires.
Les ressources en eau douce sont limitées : l’accroissement prévisible de la population et le développement industriel font craindre une rupture des ressources en eau aux conséquences bien plus graves que celles qui résulteront de la fin des réserves pétrolières. Il y a des substituts au pétrole, pas à l’eau. Ainsi, 47 % de la population devrait connaitre un stress hydrique à l’horizon 2030, contre 40 % actuellement (source UNESCO).
Qualité de l’eau distribuée et quantité suffisante sont donc les critères à concilier pour le traitement des eaux. Les opérations de séparation par membranes (osmose inverse OI, nanofiltration NF, ultrafiltration UF, microfiltration MF) sont bien placées pour atteindre ces objectifs. En effet, comme les membranes jouent le rôle de barrière physique, elles produisent avec une grande fiabilité une eau de qualité pour la consommation humaine et l’industrie, que ce soit à partir d’eaux douces ou d’eaux salées. Introduites dans le traitement des eaux usées, ces opérations de séparation permettent un recyclage ou/et une réutilisation de l’eau réglant ainsi, potentiellement, le problème de la quantité.
Le glossaire en fin d’article récapitule les définitions de l’article et celles nécessaires à sa compréhension.
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- Version archivée 1 de juin 2006 par Philippe APTEL
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Traitement des effluents et des eaux résiduaires
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3. Production d’eau destinée à la consommation humaine à partir des eaux douces
L’emploi d’une opération de séparation membranaire, et plus précisément l’ultrafiltration, seule ou combinée à d’autres opérations unitaires en prétraitement ou post-traitement, est aujourd’hui reconnue comme permettant la production d’une eau de qualité élevée et constante à partir d’eaux de surface ou souterraines.
La production d’eau destinée à la consommation humaine implique l’élimination, dans l’eau brute du départ, de tout composant pouvant constituer un risque pour la santé ou pour le confort du consommateur. Cette élimination concerne les organismes pathogènes, les matières en suspension et certains composés en solution.
Dans les pays développés, la généralisation des vaccinations et les progrès de l’hygiène ont considérablement diminué les risques liés aux maladies infectieuses à transmission hydrique, mais la destruction systématique des éventuels agents pathogènes reste un objectif majeur.
Le besoin en eau potable de qualité « irréprochable » est le moteur du développement récent de l’ultrafiltration (UF) et de la microfiltration (MF) dans ce domaine. Les premières usines ont été construites en France dans les années 1980, mais ce n’est que quelques années plus tard que de grandes municipalités ont décidé de remplacer ou de compléter les filières de traitement conventionnelles par des unités intégrant une filtration par membranes (figure 9). Depuis, la croissance du marché est très forte. Ce dernier s’élève aujourd’hui à environ 400 millions d’euros par an pour les membranes et modules qui équipent plusieurs dizaines de milliers d’unités d’eau potable dans le monde. La plupart de ces unités sont petites ou moyennes (quelques milliers de m3/j) mais d’autres ont une capacité de plus de 100 000 m3/j (par exemple à Moscou 275 000 m3/j).
Des besoins plus spécifiques d’adoucissement, souvent combinés à des besoins d’élimination de micropolluants organiques, ont conduit au développement depuis la fin des années 1980 de la nanofiltration (NF). La capacité mondiale se situe autour d’un million de m3/j avec, en particulier, une réalisation en France, à Mery/Oise, d’une usine de capacité 140 000 m3/j.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Global Water intelligence/water desalination report (GWI/WDR) (2015).
-
(2) - CABASSUD (C.), ROUX-DE BALMANN (H.) - Dessalement de l’eau de mer. - Dans « L’eau à découvert » CNRS Éditions, ISBN : 978-2-271-08829-1, 19 nov. 2015.
-
(3) - AMY (G.), GHAFFOUR (N.), LI (Z.), LIJO (F.), LINARES (R.), MISSIMER (T.), LATTEMAN (S.) - Membrane-based seawater desalination: present and future prospects. - Desalination, 401, p. 16-21 (2017).
-
(4) - ALBASI (C.), APTEL (P.) - Les technologies membranaires. - Dans « L’eau découvert » CNRS Éditions, ISBN : 978-2-271-08829-1, 19 nov. 2015.
-
(5) - GIJSBERTSEN-ABRAHAMSE (A.J.), CORNELISSEN (E.R.), HOFMAN (J.A.M.H.) - Fiber failure frequency and causes of hollow fiber integrity loss. - Desalination, 194, p. 251-258 (2006).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) – Aspects théoriques : mécanismes de transfert.
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Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) – Aspects théoriques : perméabilité et sélectivité.
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Filtration membranaire (OI, NF, UF) – Mise en œuvre et performances.
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Filtration membranaire (OI, NF, UF) – Caractérisation des membranes.
ANNEXES
Dessalement de l’eau de mer : les évolutions nécessaires pour accompagner l’essor du secteur/Énergies et environnement http://www.energie.sia-partners.com http://www.lenntech.fr/
ANSES « Réutilisation des eaux grises pour des usages domestiques : une pratique à encadrer », publié le 29 avr. 2015 https://www.anses.fr
Fiche technique CEMAGREF « Les bioréacteurs à membrane pour le traitement des effluents urbains » https://epnac.irstea.fr
Projet NEOPHIL, site Pole EAU http://www.pole-eau.com
Université de Toulouse, CNRS-LGC, INSA-LISBP, Aquasource, Polymem, ABC Membranes et Ederna http://www.dailymotion.com
Agence de l’eau RMC (Rhône Méditerranée Corse) https://www.eaurmc.fr
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