Eaux usées

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Traitement des eaux à Cuxhaven, Allemagne.

Les eaux usées, aussi appelées « effluents » ou « eaux polluées », sont constituées de toutes les eaux de nature à contaminer les milieux dans lesquels elles sont déversées[1].

Origine[modifier | modifier le code]

Ces eaux sont généralement formées du sous-produit d'une utilisation humaine, soit domestique, soit industrielle, d'où l’usage de l'expression « eaux usées ».

Les eaux usées sont des eaux altérées par les activités humaines à la suite d’un usage domestique, industriel, artisanal, agricole ou autre. Elles sont considérées comme polluées et doivent être traitées.

Elles peuvent être parfois qualifiées d'« eaux grises » lorsqu’il s'agit d'eaux peu chargées en matières polluantes par exemple des eaux d'origine domestique, résultant du lavage de la vaisselle, des mains, des bains ou des douches. On parle d'« eaux noires » lorsqu’elles contiennent diverses substances plus polluantes ou plus difficiles à éliminer tels que des matières fécales, des produits cosmétiques, ou tout type de sous-produit industriel mélangé à l'eau.

Il peut également s'agir d'eau d'écoulement de surfaces imperméables : ainsi les eaux de ruissellement des parcs de stationnement sont considérées comme des eaux usées par la présence de divers polluants comme les hydrocarbures ou les poussières d'usure des pneumatiques.

Quelques provenances possibles des eaux usées[modifier | modifier le code]

Pour certaines d’entre elles, les contaminants probables figurent entre parenthèses.

  • Déchets d'origine humaine (hygiène, ménage, toilettes… ; dans ce dernier cas, on parle d'eau noire)
  • Fuite de fosse septique
  • Déversement de fosse septique
  • Évacuation d'installation de traitement d'eaux d'égout
  • Eau de lavage (personnes, vêtements, sols, vaisselle, etc.) également connu comme eau grise
  • Précipitations collectées par les toits
  • Eaux souterraines infiltrées dans le réseau d'égouts
  • Liquides manufacturés en surplus provenant de sources domestiques (boissons, huiles de cuisine, pesticides, huiles de graissage, liquides de peinture, de nettoyage, etc.)
  • Écoulement urbain des précipitations sur les routes, les parkings, les trottoirs (contient des huiles, fèces animales, ordures, traces de carburant, résidus de caoutchouc, métaux provenant des gaz d'échappement des véhicules, etc.)
  • Entrées d'eau de mer (sel, micro-organismes, volumes élevés)
  • Entrée directe d'eau de rivières (micro-organismes, volumes élevés)
  • Entrée directe de liquides synthétiques (décharge illégale de pesticides, d'huiles usagées, etc.)
  • Drainage des routes (huile, agents de dégivrage, résidus de caoutchouc)
  • Drainage de tempête (presque n'importe quoi, y compris voitures, chariots, arbres, bétail, etc.)
  • Pertes industrielles
  • Drainage industriel d'un site

Constituants[modifier | modifier le code]

Les principaux constituants néfastes à une qualité irréprochable de l'eau sont les phosphates (PO4) et les nitrates (NO3)[réf. nécessaire]. Mais il y a aussi les métaux lourds, les PCB (polychlorydebiphényl), les hydrocarbures et les médicaments.

Indicateurs de qualité[modifier | modifier le code]

Les indicateurs de qualité les plus courants sont la demande biologique en oxygène (DBO5) et la demande chimique en oxygène (DCO), ainsi que les matières en suspension (MES).

Ils sont mesurés dans les eaux usées en entrée de traitement ainsi que sur les eaux après traitement. Leurs abattements nous donnent le rendement de l'épuration des eaux.

Traitement[modifier | modifier le code]

Dans la plupart des pays et en particulier dans les milieux urbanisés, les eaux usées sont collectées et acheminées par un réseau d'égout (ou réseau d'assainissement), soit jusqu’à une station de traitement, soit jusqu’à un site autonome de traitement.

Dans le cas d'habitat collectif, l'épuration de ces substances est assurée par des stations d'épuration d'effluents d'eaux usées. Lorsqu’il est impossible de raccorder l'habitat à un tel réseau, on installe un système de fosse autonome avec tertre d'épandage. Si ces installations n'existent pas, le milieu naturel recevant ces effluents n'est pas en mesure d'assurer son autoépuration. En milieu liquide, ce sont les micro organismes qui assurent l'épuration en bio-dégradant la matière organique contenue dans les eaux usées. En milieu naturel à l’air libre, la matière organique s’assèche par manque d'humidité selon les conditions du milieu considéré ; pour couvrir leurs besoins, les végétaux pompent toute l'humidité environnante, les failles du sous sol laissent s'infiltrer par des veines de grosses quantité d'eaux usées.

L'épuration de l'eau usée dans le sous sol s'effectue en compost par la fermentation. Travail beaucoup plus long et aléatoire : alors qu’un excès d'eau conduit à la pourriture du compost, une insuffisance l’assèche. La bactérie de biodégradation que l'on trouve en milieu liquide survit difficilement dans ce milieu fermé. De ce fait, une matière organique n'ayant pas subi de pré-traitement avant d'être envoyé dans le sous-sol risque de rapidement le colmater.

En situation autonome (fosses toutes eaux), les filtres à sable (tertre d'épandage) se colmatent très souvent au bout de plusieurs années d'utilisation, preuve que le sol n'a pas vocation d'épurer les eaux usées domestiques.

Réutilisation[modifier | modifier le code]

L'importance des coûts d'amenée des eaux pour l'alimentation des villes, jointe à celle de leur évacuation, qui va de pair avec la raréfaction des ressources en eau, conduit un peu partout dans le monde, et pas seulement dans les zones arides ou semi-arides, à considérer la question de la réutilisation des eaux usées.

Le traitement des eaux usées a pour but, dans la plupart des cas, de les dépolluer suffisamment pour qu'elles n'altèrent pas la qualité du milieu naturel dans lequel elles seront finalement rejetées : rivières et mers.

En Europe et plus généralement dans les pays du Nord, le traitement d'un mètre cube d'eau usée produit de 350 à 400 grammes de boues. Plusieurs millions de tonnes dans le monde de matières sèches sont évacuées chaque année. Environ 75% sont valorisées en agriculture. Le reste est incinéré ou dirigé en décharge.

L'agriculture permet aussi la réutilisation des eaux usées après un traitement minimal (l'eau n'est pas potable)[2] (voir aussi "L'irrigation" dans cet article).

L'industrie[modifier | modifier le code]

Lavage et transport industriel des matériaux[modifier | modifier le code]

Dans beaucoup d'industries, le lavage et le transport des matériaux sont très peu exigeants en qualité de l'eau. C'est pourquoi les eaux usées épurées sont utilisées pour[3] :

  • le lavage des matières premières (charbon, gravier, etc.) et leur transport (craie par exemple)
  • le transport des déchets (cendres d'une centrale thermique)
  • le lavage d'entretien (wagon, sols, bouteilles, etc.)
  • la fabrication de laine de verre

Refroidissement industriel[modifier | modifier le code]

Nombre d’industries procèdent à des opérations de refroidissement consommant une importante quantité d’eau[4] :

  • centrales électriques
  • réacteurs nucléaires
  • pétrochimie
  • chimie
  • industrie du caoutchouc
  • industrie automobile

L'irrigation[modifier | modifier le code]

Dans le cas de l'irrigation, les eaux usées sont utilisées après traitement biologique (boues activées ou lagunage le plus souvent). Leur intérêt réside dans le fait que :

  • Les eaux contiennent des nutriments. Ils accroissent notablement les rendements agricoles et réduisent le recours aux engrais artificiels coûteux.
  • Les autres sources d'eau utilisable en irrigation se raréfient en raison de leur potabilité tant recherchée.

Les utilisations municipales[modifier | modifier le code]

Elles peuvent couvrir une assez large gamme d'utilisations, qui ne requiert pas d'eau de qualité potable, par exemple[3] :

  • l'arrosage des parcs et jardins publics
  • le lavage des rues
  • la lutte contre les incendies
  • le nettoyage des engins de collecte des ordures ménagères

Récupération de la chaleur des eaux usées[modifier | modifier le code]

Une idée qui fait doucement son chemin, récupérer les calories des effluents, via l'installation d'échangeurs de chaleur dans les canalisations d'égouts reliés à des pompes à chaleur. Le procédé ouvre de nouvelles perspectives aux collectivités locales désireuses d'améliorer leur bilan énergétique. Chauffer ses espaces via des pompes à chaleurs nécessite une source de calories, en général via le sol, par la géothermie, ou l'air extérieur, grâce à l'aérothermie. Mais un autre gisement demeure largement inexploité : les eaux usées. Les trois quarts de la chaleur des effluents domestiques (salles de bains, lessives, cuisine, vaisselles, etc.) sont en effet rejetés à l'égout, en pure perte. La température du réseau oscille ainsi entre 13 et 20 °C, selon les saisons, avec une relative stabilité en raison de l'inertie thermique du milieu. Des caractéristiques idéales pour approvisionner une pompe à chaleur, via un échangeur de chaleur posé dans le collecteur. Le procédé se rencontre surtout en Allemagne, Suisse, et aux États-Unis, où 20 installations sont en activité. Son développement est spectaculaire : 33 projets se construisent actuellement dans le monde et 100 autres entrent en phase d'étude.

Comment, avec un déchet, faire un produit ?[modifier | modifier le code]

Le système consiste à installer un échangeur de chaleur intégré dans la canalisation, ou posé dans celle préexistante. Des conduits envoient le fluide réchauffé vers les PAC, où le fluide est porté à 5070 °C, pour être redistribué dans les bâtiments. Dès la première année, les économies d'énergie se situent entre 20-30 % et parfois 50 % du poste énergie global annuel. Les émissions de gaz à effets de serre diminuent de 60 %. L'avantage est triple : réduction du poste énergétique ; bénéfice environnemental et moindre exposition aux fluctuations du prix du gaz. Le système s'annonce avant tout avantageux pour la fourniture de chaleur dans les régions aux hivers froids, à l'exemple du Nord Est de la France. Ses performances y dépassent celles de l'aérothermie. Le rafraîchissement reste néanmoins possible. Une configuration par réseau hydraulique du circuit de rafraîchissement intérieur du bâtiment s'avère alors indispensable. Comme pour les pompes à chaleur en général, le procédé ne se substitue pas à l'usage d'une chaudière mais vient en complément. Une PAC au coefficient de performance annuel de 3,5 assure 80 % de la chaleur. La chaudière assure les 20 % restants lors des pointes de consommation.

Une implantation en milieu urbain[modifier | modifier le code]

Quant aux lieux d'implantation les plus adéquats, ils concernent les zones urbaines denses. Les besoins en chaleur y sont importants et l'installation de panneaux solaires et d'éoliennes pâtit des faibles disponibilités d'espace ou des nuisances entraînées. Le procédé requiert également des débits minimums dans les canalisations. Le débit moyen journalier dans le collecteur doit atteindre les 8 litres par seconde, soit les effluents d'une zone couvrant 8 à 12 000 personnes. Une implantation dans des agglomérations de 20 à 30 000 habitants peut être envisageable, mais de préférence en aval d'un point d'assainissement. Les usages les plus adaptés renvoient à ceux des PAC en général. Les gammes de puissances minimums sont de 150 kW pour le chauffage et l'eau chaude, soit l'équivalent d'une cinquantaine d'appartements. Cela concerne des besoins constants et collectifs : logements, hôpitaux, piscines, maisons de retraite, etc.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Brigand Sylvain, Lesieur Vincent, (2008). Assainissement non collectif, Éditions Le Moniteur.
  • Bourgeois-Gavardin, J, Les Boues de Paris sous l'Ancien Régime. Contribution à l'histoire du nettoiement urbain aux XVIIe et XVIIIe siècles, 2 volumes. Paris : EHESS, 1985
  • Cabrit-Leclerc Sandrine, (2008). Fosse septique, roseaux, bambous, traiter écologiquement ses eaux usées ?, Éditions Terre Vivante
  • Chatzis, K, La Pluie, le métro et l’ingénieur : contribution à l’histoire de l’assainissement et des transports urbains, Paris : L’Harmattan, 2000
  • Dupavillon, C, Paris côté Seine, Paris : Éditions du Seuil, 2001
  • Dupuy, G. Knaebel, G, Assainir la ville hier et aujourd’hui, Paris, Dunod : 1982
  • Goubert, J.-P, La Conquête de l'eau, Paris : Robert LAFFONT, 1986
  • Guillerme, A, Les Temps de l’eau. La cité, l’eau et les techniques, Seyssel : Champ Vallon, 1983
  • L’Assainissement des eaux usées, brochure C.I. eau, août 1999
  • L’Assainissement des grandes villes, données 1997. Réseau national des Données sur l’Eau (RNDAE), 1998
  • Laroulandie, F, Les Égouts de Paris au XIXe siècle. L’enfer vaincu et l’utopie dépassée, Cahiers de Fontenay. no 69-70, mars 1993. p. 107-140
  • La Réglementation des eaux usées, plaquette C.I. eau, octobre 1999. Publications des Agences de l’eau : Collection des études inter-agences. Plus de 70 titres parus[5]
  • Questions d’assainissement. Le maire et les eaux usées, Uni éditions. 96 p., 1996
  • Anne Rivière (2005). Gestion écologique de l’eau : toilettes sèches et épuration des eaux des eaux de lavage par les bassins-filtres à plantes aquatiques, Volume 1, Association Eau Vivante
  • Isabelle Roussel et Valérie Rozec, « De l'hygiénisme à la qualité de vie : l'enjeu de la gestion des plaintes environnementales urbaines »[6], Géocarrefour, vol. 78/3, 2003
  • Scherrer, F, « L’égout, patrimoine urbain. L’évolution dans la longue durée du réseau d’assainissement de Lyon », thèse de doctorat d’urbanisme, Créteil : Université de Paris XII – Val de Marne, 1992

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]