Eaux usées

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

Vers 2015, environ 2,1 milliards de personnes avaient accès à des installations d’assainissement améliorées depuis 1990, mais 2,4 milliards en étaient privées et près d'un milliard de personnes dans le monde pratiquent encore la défécation en plein air[2].

En 2017 selon l'ONU dans les métropoles des pays émergents, à démographie élevée, un traitement défaillant des eaux usées est encore source de risques sanitaires graves (plus de 840 000 estimés en 2012)[2]. 70 % des eaux usées sont traitées en moyenne dans les pays à revenu élevé, mais seulement 8 % dans les pays en développement[2]. Dans le monde, 80 % environ des eaux usées semblent rejetées sans traitement bien que les petites unités décentralisés de traitement se développent avec des coûts de 20 à 50 % moindres que ceux des unités dites conventionnelles[2]. Un enjeu majeur de la gestion des eaux usées est selon l'ONU de combiner la réduction à la source de la pollution, l’élimination des contaminants, et la réutilisation (sans danger) des eaux récupérées avec récupération de sous-produits utiles[2], « composante essentielle d’une économie circulaire » car la « récupération des sous-produits peuvent générer de nouvelles opportunités d’affaires et permettre de récupérer de l’énergie, des nutriments, des métaux et d’autres sous-produits[2] ».

Traitement des eaux à Cuxhaven, Allemagne.

Origine[modifier | modifier le code]

Articles connexes : Eaux grises et eaux noires (écologie).

Ces eaux sont généralement formées du sous-produit d'une utilisation humaine (usage domestique, industriel, artisanal, agricole ou autre), d'où l’usage de l'expression « eaux usées ». Elles ont au passage été altérées et sont considérées comme polluées et devant être traitées avant rejet dans le milieu naturel.

Origines et dénominations des eaux usées[modifier | modifier le code]

L'origine des eaux usées est diverse mais on peut citer :

  • Eaux grises : ce sont des eaux peu chargées en matières toxiques ou à haut-risque du point de vue sanitaire, par exemple des eaux d'origine domestique, résultant du lavage de la vaisselle, des lessives, du lavage des mains, des bains ou des douches) ;
  • Eaux noires : elles contiennent des matières 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[3] ;
  • eaux de ruissellement : Il peut également s'agir d'eau de pluie ou de lavage, qui se sont écoulées sur des surfaces imperméables susceptibles d'être polluées : ainsi les eaux de ruissellement des parcs de stationnement ou des routes sont considérées comme des eaux usées par la présence de divers polluants comme les hydrocarbures ou les poussières d'usure des pneumatiques.
  • Eau blanche de papeterie : résiduaire produite au cours de la fabrication du papier.
  • Eaux blanches de laiterie : eaux de lavage des laiteries et des salles de traite.
  • Eau de fumier,
  • Fuite de fosse septique,
  • Déversement de fosse septique,
  • Évacuation d'installation de traitement d'eaux d'égout,
  • Eau pluviale : Précipitations collectées par les toits ou les trottoirs,
  • 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 (tout type de déchet liquide ou solide, y compris voitures, chariots, arbres, bétail, etc.)
  • Pertes industrielles,
  • Drainage industriel d'un site, etc.

Constituants indésirables[modifier | modifier le code]

Les eaux usées contiennent divers polluants ou substances indésirables, que l'épuration de l'eau cherchera à biodégrader réduire et/ou éliminer.

Parmi ces constituants néfastes ou nuisant à une qualité de l'eau irréprochable figurent des métaux lourds et métalloïdes, des sels (phosphates (PO4) et les nitrates (NO3) principalement) et des polluants organiques tels que PCB (polychlorydebiphényl), résidus d'hydrocarbures, de médicaments humains et vétérinaires, de pesticides, des bactéries, virus, parasites, prions, ou autres micro-organismes indésiables, etc.

Indicateurs de qualité[modifier | modifier le code]

Les indicateurs de qualité les plus courants sont la « demande biologique en oxygène » (DBO5)[4] et la « demande chimique en oxygène » (DCO)[5], ainsi que les « matières en suspension » (MES)[6].

Ils sont mesurés dans les eaux usées en entrée de traitement ainsi que sur les eaux après traitement. Leurs abattements 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 quantités 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.

Etat des lieux, données[modifier | modifier le code]

Selon l'ONU/unesco, les données précises et à jour manquent encore, notamment dans les pays en développement. « D’après une analyse récente, sur 181 pays, seuls 55 disposent d’informations sur la génération, le traitement et l’utilisation des eaux usées, et les autres ne disposent que d’informations partielles ou n’en ont pas du tout[2]. Dans la majorité des pays qui en disposent, ces données sont obsolètes[2]. Ces goulets d’étranglement en matière d’information entravent la recherche et le développement nécessaires pour la mise en place de technologies innovantes et l’adaptation des technologies existantes aux spécificités et besoins locaux[2] »

Réutilisation[modifier | modifier le code]

L’ONU et l'Unesco ont axé leur rapport annuel 2017 [2]sur la mise en valeur des ressources en eau 2017 (WWDR 2017) sur le thème du réusage des eaux usées, rappelant que l'Agenda 2030 de l’ONU pour le développement durable, contient un ’objectif no 16 est consacré à l'eau et l'assainissement ; il est subdivisé en huit cibles (dont l’amélioration de la gestion des eaux usées via la réduction des pollutions à la source, le traitement des contaminants, la réutilisation des eaux traitées et la valorisation des sous-produits[2].

Histoire des réusages des eaux usées[modifier | modifier le code]

Autrefois divers excrétats humains ou animaux, les eaux usées et boues étaient utilisés en agriculture ou jardinage, parfois directement (y compris pour l'alimentation du bétail au Viet-Nam) sans précaution et c'est encore le cas dans certains pays[7].

Puis des législations ont cherché à limiter les risques de parasitoses, de diffusion de maladies hydriques et d'intoxication chronique et parfois en raison de phénomènes d'inacceptabilités socioculturelles ou religieuses[8] ; selon les lieux et les époques, la réutilisation d'eaux usées est interdite ou soumise à certaines restrictions et autorisations, pour des raisons sanitaires (présence de germes pathogènes, de métaux lourds, de résidus de pesticides ou d'autres produits indésirables)[9].

Cependant, l'importance des coûts de réseaux 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, alors présentées comme « Ressource non conventionnelle »[10].

Dans certains pays où l'eau manque comme en Palestine ou en Jordanie[11] et d'autres pays arabes[12], une agriculture sous contrainte hydrique[13] cherche des eaux alternatives. À Gaza et en Palestine les eaux usées ont été ou sont encore utilisées pour les cultures maraichères avec comme conséquence des produits pollués par des métaux lourds et moins sûrs du point de vue microbien[14].

Le traitement classique des eaux usées vise généralement à les dépolluer suffisamment pour qu'elles n'altèrent pas la qualité du milieu naturel dans lequel elles seront finalement rejetées : rivières et mers.

L'agriculture permet théoriquement la réutilisation de certaines eaux usées après un traitement minimal (l'eau n'est pas potable, mais peut servir à l'irrigation)[15] (voir aussi "L'irrigation" dans cet article). Souvent une utilisation comme eau de lavage d'arrosage (de terrains de golf par exemple ou d'irrigation agricole ou sylvicole (surtout si c'est l'unique source d'eau pour des plantes) ou pour abreuver le bétail ou le gibier ou pour la pisciculture comporte encore des risques notamment parce que l'eau est souvent incomplètement épurée, et parce qu'il peut y avoir des dysfonctionnements de station d'épuration (en cas d'orage, de coupure de courant, de surcharge, etc.). Certaines molécules (ex : résidus d'hormones, prions, certains métaux...) sont en effet mal filtrées, dégradées ou retenues par les stations d'épuration et peuvent alors passer dans la chaîne alimentaire ou s'accumuler dans le sol.

En Europe et plus généralement dans les pays du Nord, les eaux usées sont rendues au milieu naturel après traitement (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 réutilisées en agriculture, le reste étant incinéré ou mis en décharge.

En France, en période de sécheresse et dans les régions arides, elles pourraient faire l'objet de prochaines dérogations pour certains usages (ex : arrosage des espaces verts ou des golfs)[16],[17].

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[18] :

  • 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[19] :

L'eau peut être refroidie de 3 manières différentes[19] :

  • Circuit ouvert : Rejet direct de l'eau chaude dans un cours d'eau ou dans la mer ;
  • Circuit fermé : utilisation de tour de refroidissement ;
  • Circuit semi-ouvert : rejet partiel de l'eau de refroidissement dans atmosphère ou dans un cours d'eau.

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[18] :

  • 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 se développe est de récupérer les calories d'effluents encore chauds ou tièdes, via l'installation d'échangeurs thermiques dans des canalisations d'égouts reliés à des pompes à chaleur, ce qui permettrait aussi d'améliorer le bilan énergétique de collectivités locales. Chauffer des espaces via des pompes à chaleurs nécessite une source constante de calories, en général prélevées dans le sol (par la géothermie) ou dans l'air extérieur (aérothermie). Les eaux usées sont un autre gisement, largement inexploité. Les trois quarts de la chaleur des effluents domestiques (salles de bains, lessives, cuisine, vaisselles, etc.) sont en effet rejetés à l'égout et perdus. 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. À ce jour, le procédé est surtout utilisé en Allemagne, Suisse, et aux États-Unis, 20 installations sont en activité[réf. nécessaire]. Son développement est spectaculaire : 33 projets se construisent actuellement dans le monde et 100 autres entrent en phase d'étude[réf. nécessaire].

Comment d'un déchet faire un produit ? Un échangeur de chaleur est intégré dans la canalisation neuve ou posée 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 le plus avantageux 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.

Implantation : Les lieux d'implantation les plus adéquats sont principalement 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 dans le collecteur doit atteindre les 8 litres par seconde, soit les effluents d'une zone couvrant 8 000 à 12 000 personnes. Une implantation dans des agglomérations de 20 000 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.

Impact de la réutilisation des eaux usées[modifier | modifier le code]

La réutilisation des eaux usées consiste à recycler les eaux considérées comme inutilisables mais qui, selon le domaine de réutilisation et suivant certains traitements, peuvent convenir aux usages suivants :

Agriculture 
Nonobstant des modifications importantes apportées aux stations d'épuration afin d'assurer la qualité des eaux usées, celles-ci peuvent être employées pour répondre aux besoins d’irrigation dans les activités agricoles[20]. Cela a pour avantage de permettre aux récoltes de profiter de la richesse des eaux usées en nutriments naturels, d'augmenter la productivité du sol ainsi que de permettre la pratique de certaines cultures dans des régions où les conditions environnementales n'y sont pas favorables, comme dans les régions arides. Le recyclage des eaux usées représente une solution pour faire face à la demande croissante des ressources hydriques pour l’irrigation.
Par contre, l'utilisation d'eaux usées traitées dans l'agriculture peut cependant poser des problèmes pour la santé publique. De plus, un projet d’irrigation utilisant l’eau usée comme source n’est pas toujours économiquement rentable[21].
Nettoyages 
Le nettoyage des voies publiques et des véhicules ne requiert pas l'utilisation d'eau potable.
Environnement 
Le rejet de concentrés d'eaux usées traitées peut avoir des impacts environnementaux. Les concentrations excessives d’ions de chlorure et de sodium dans l’eau rejetée peuvent rendre les plantes toxiques[22].
Chaleur 
Les eaux usées sont souvent à une température quasiment constante tout au long de l'année et peuvent constituer une source de calorie pour une pompe à chaleur[23]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Effluent, sur dictionnaire-environnement.com, consulté le 25 mars 2017
  2. a, b, c, d, e, f, g, h, i, j et k [PDF]Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau 2017 - Les eaux usées une ressource inexploitée., sur unesco.org, consulté le 26 mars 2017
  3. La récupération des eaux noires des navires, sur le site siba-bassin-arcachon.fr, consulté le 20 juin 2016.
  4. Définition DBO5, sur futura-sciences.com, consulté le 24 octobre 2016.
  5. Demande Chimique en Oxygène (DCO), sur actu-environnement.com, consulté le 24 octobre 2016.
  6. Matière en Suspension (MES), sur actu-environnement.com, consulté le 24 octobre 2016.
  7. Cisneros, B. J., Drechsel, P., Koné, D., Bahri, A., Raschid-Sally, L., & Qadir, M. (2011). Utilisation des eaux usées, des boues et des excrétas dans les pays en développement. L’irrigation avec des eaux usées et la santé, 1.
  8. Khateeb N.A (2003). L’acceptabilité socioculturelle de la réutilisation des eaux usées. La gestion de l'eau selon l'Islam, 119.
  9. Drechsel, P., Scott, C. A., Raschid-Sally, L., Redwood, M., & Bahri, A. (2011). L'irrigation avec des eaux usées et la santé. PUQ.
  10. Eau : vers une exploitation des ressources non conventionnelles ; Environnement & Technique no 316 Ed. Cogiterra, paru :01/07/2012
  11. Blanc, P. (2013). Jordanie: une géopolitique de l'irrigation. Méditerranée, 119(2), 17-25.
  12. Farah G.T (2011) Séminaire international sur la réutilisation des eaux usées traitées dans la région arabe., Golden Tulip Farah, Rabat, Maroc ; 6 juin 2011PDF, 102 pp
  13. Pintus, F. (2009). L’agriculture sous contrainte environnementale et climatique. Options Méditerranéennes, B, 64, 196-204.
  14. Al Hamchari, M. C. (1997). Une poubelle nommée Gaza. Le Courrier de l'environnement de l'Inra, (30), 73-76.
  15. Agriculture : économiser et recycler l'eau en irrigation, sur le site irstea.fr, consulté le 20 juin 2016.
  16. [PDF]Instruction interministérielle no DGS/EA4/DEB/DGPE/2016/135 du 26 avril 2016 relative à la réutilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation de cultures ou d’espaces verts, sur legifrance.gouv.fr, consulté le 19 avril 2017
  17. Dorothée Laperche, Réutilisation des eaux usées : le gouvernement envoie un signal positif., Actu-environnement (2015) publié 26 août 2015
  18. a et b VALIRON, 1983.
  19. a et b les eaux industrielles - circuits de refroidissement, sur suezwaterhandbook.fr, consulté le
  20. La réutilisation des eaux usées pour une planète durable., sur suez-environnement.com du 22 janvier 2014, consulté le
  21. E56 - L’irrigation par recyclage d’eaux usées, sur wikiwater.fr, consulté le 5 décembre 2016.
  22. [PDF]Impact environnemental de la station de dessalement de Brédéah (Algérie) : entre le légal et le réel., sur iwra.org, consulté le 5 décembre 2016.
  23. [PDF]Fiche détaillée technologie – Récupération de chaleur des eaux usées, sur upmf-grenoble.fr du 4 mai 2012, consulté le ]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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 (Lire en ligne)
  • 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 » (Lire en ligne), 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

Articles connexes[modifier | modifier le code]