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Qualité perçue  de l’eau du robinet :  réalités et inquiétudes…
Patrick Philipon de GROUPE ROUGE VIF 03 novembre 2018 Paru dans N°415 - à la page 109

« Odeur de piscine », eau trop dure, couleur douteuse… : les consommateurs ne manquent pas de griefs vis-à-vis de l’eau du robinet, portant parfaitement potable. Sans compter l’inquiétude grandissante vis-à-vis des micropolluants émergents. La réponse à ces problèmes passe par une meilleure maîtrise des filières classiques et un recours généralisé au charbon actif. En attendant l’avènement des membranes de nanofiltration et d’osmose inverse à basse pression…

En France, l’eau du robinet est parfaitement potable. Tous syndicats et collectivités confondus, elle répond largement aux exigences des autorités sanitaires. Et pourtant, d’après le baromètre 2017 du Centre d’information sur l’Eau1, un quart des consommateurs est insatisfait de sa qualité. Sur quoi portent les plaintes ? Essentiellement sur des questions de goût/odeur, pour la moitié des insatisfaits, et de dureté (présence jugée excessive de calcaire) pour un quart d’entre eux. Plus rarement sur des questions de turbidité et de couleur. Dès lors, comment améliorer le ressenti des consommateurs ?

1- https://bit.ly/2ARqP4W

Le chlore, le calcaire… et les autres

Avant de recenser les solutions disponibles, encore faut-il cerner l’origine des problèmes. La présence de chlore dans l’eau du robinet est inévitable puisque c’est actuellement le seul procédé de désinfection assurant un effet rémanent pendant le transport et la distribution. Or « le « goût de chlore » représente 80 % des signalements chez les Veilleurs », assure Amanda Kaddoum, chef de projets chez Aqualter, qui a en particulier accompagné la mise en place des « Veilleurs de l’eau », un réseau de consommateurs volontaires, formés à la dégustation, surveillant la qualité de l’eau de Chartres Métropole. « C’est toujours le premier qualificatif qui sort lorsqu’on fait des dégustations. Ne serait-ce que parce qu’il est facile à identifier, et toujours présent », confirme Sylvie Galipaud, experte en goût de l’eau et formatrice à la SAUR. « Les enquêtes montrent que c’est un reproche fréquent, même si les consommateurs ne nous appellent pas pour cela, car ils ne se plaignent qu’en cas de situation anormale » renchérit Jean Baron, directeur adjoint « Recherche Développement et Qualité de l’eau » chez Eau de Paris. « Plus que le chlore lui-même, dont l’odeur se dissipe rapidement, ce sont ses sous-produits qui sont gênants : plus difficiles à éliminer en carafe, ils donnent des goûts parfois franchement désagréables » ajoute-t-il toutefois.

Le goût de chlore représente 80% des signalements selon Aqualter qui a mis en place des « Veilleurs de l’eau », un réseau de consommateurs volontaires, formés à la dégustation, surveillant la qualité de l’eau de Chartres Métropole.

Les plaintes des consommateurs sont plus importantes à proximité des usines de traitement. En effet, pour pallier la diminution du taux de chlore lors de l’acheminement de l’eau dans le réseau, le taux de chlore en sortie d’usine est plus élevé. Ce phénomène est d’autant plus perceptible que le réseau d’eau est étendu.

Pour éviter une chloration trop importante en sortie d’usine, un contributeur sur le forum d’échanges techniques FluksAqua souligne l’intérêt de la rechloration en réseau qui permet d'apporter la juste dose de désinfectant au bon endroit dans le réseau. « La mise en place de points de rechloration permet de limiter la sur-chloration en tête, c’est-à-dire au niveau de l'unité de production, tout en régulant le taux de chlore sur l’ensemble du réseau, en garantissant ainsi à chaque consommateur une bonne protection bactériologique sans dégradation organoleptique » explique-t-il. Eurochlore, par exemple, propose des armoires de rechloration à répartir à divers points du réseau : station de surpression, principaux réservoirs, nœuds du réseau.

Des concentrations élevées en fer et manganèse, même si elles ne constituent pas de risques pour la santé, sont sources de désagréments esthétiques et organoleptiques. L’ajout d’Aquamandix d’Eurochlore dans le filtre à sable permet de catalyser la réaction d’oxydation du fer et du manganèse. Le fer et le manganèse dissous sont alors précipités puis retenus dans la masse filtrante.

Et de fait, la réaction du chlore avec les matières organiques encore présentes après la potabilisation engendre des composés comme les trihalométhanes (THM : chloroforme, bromoforme, dibromochlorométhane et bromodichlorométhane), ou ce que l’on regroupe sous le nom générique de « chloramines », responsables d’une impressionnante palette de goûts et d’odeurs nauséabonds. Or, comme le précise Xavier Guivarch, chef de marché « santé et qualité de l’eau » chez Suez, « la concentration de matières organiques, en particulier dans les eaux de surface, est en croissance, tant du fait de l’accumulation des pollutions que du réchauffement climatique, puisque l’eau chaude dissout mieux les acides humiques et autres polluants ».

Les microalgues, en particulier les cyanobactéries se développant dans les eaux brutes essentiellement en saison chaude, apportent leur contribution à ces polluants organiques, métabolites sapides et toxines. « En effet, leur métabolisme produit de la géosmine, et du 2-méthyl-isobornéol (2-MIB) donnant un goût et une odeur de terre et de moisi, tous deux possédant un seuil de perception très faible. Nous enregistrons régulièrement des plaintes durant l’été lorsque nous exploitons des eaux de retenue, sujettes à l’eutrophisation », explique Stéphanie Piel, ingénieur de recherche, spécialiste du traitement des goûts et odeurs à la Saur.

Autre goûts parfois signalés de manière ponctuelle : « médicament » (phénols, alcools, iodoformes), « chimique » (hydrocarbures), « de marée » (dérivés sulfurés). La source de la pollution est parfois difficile à identifier. Sylvie Galipaud rappelle ainsi un épisode de « goût de médicament » particulièrement intense dû à la présence de traces de chlorophénols dans une eau potable issue d’une rivière. En cause : des abattages d’arbres très en amont de la prise d'eau, avec des bois traités contre les insectes par des dérivés phénoliques. Lessivés par la pluie, ces derniers se sont retrouvés à de très faible concentration dans l’eau… et se sont combinés au chlore du traitement.

Eau de Paris, usine de l’Hay les Roses. L’ultrafiltration et l’adsorption sur Charbon Actif en Poudre permettent d’obtenir une eau de qualité constante.

La dureté, soit la présence de carbonate de calcium et de magnésium dans l’eau, susceptible en particulier de précipiter en calcaire (CaCO3), constitue l’autre grand souci des consommateurs. Peu détectable au goût, la dureté est responsable de l’entartrage des appareils ménagers (bouilloires, chauffe-eau, lave-linge, etc.) et des canalisations. D’où une surconsommation énergétique et de détergents, ainsi qu’une usure prématurée des équipements. Elle a de plus tendance à dessécher la peau. Nombreux sont les consommateurs optant pour une solution d’adoucissement individuel et buvant de l’eau en bouteille, soit au total une dépense non négligeable. Or les eaux brutes présentent des duretés très variables, allant de moins d’un degré français2 en Bretagne et certaines zones du Massif Central à plus de 50 dans des régions très calcaires. S’il n’existe pas de règle pour l’eau potable, Xavier Guivarch, chez Suez, constate que « le retour d’expérience, les différentes enquêtes et la bibliographie suggèrent que la dureté sur une eau ayant subie une décarbonatation se situe en dessous de 20 degrés de TH ». Quoi qu’il en soit, la règlementation demande qu’une eau soit à l’équilibre calco-carbonique, légèrement entartrante.

2- un degré français de dureté correspond à 10-4 mole/l, soit 4 mg de calcium ou 2,4 mg de magnésium par litre d’eau.

Le CO2 est fréquemment utilisé en France. « On parle de neutralisation si le CO2 utilisé pour produire des bicarbonates est celui de l'eau brute, et de reminéralisation s'il s'agit du CO2 ajouté » comme l’explique un contributeur sur le forum d’échanges techniques FluksAqua.

La turbidité et/ou une couleur inhabituelle sont parfois reprochées aux distributeurs. « Il s’agit le plus souvent de problèmes de corrosion de la tuyauterie interne des immeubles », souligne toutefois Jean Baron, chez Eau de Paris. De manière générale, sauf dans certaines régions karstiques (voir encadré), l’eau du robinet est transparente… jusqu’à un certain point. « En présence d’une certaine épaisseur d’eau, par exemple dans une baignoire ou une piscine, la transparence devient un sujet. Et là, l’ultrafiltration fait la différence », affirme ainsi Jean-Michel Espenan, président de Polymem.

Des filières suffisantes…  si maîtrisées

Pour traiter les questions de goût et odeurs, il faut donc d’une part éliminer les matières organiques, d’autre part maîtriser la chloration finale – qui sera d’autant moins prononcée que l’on aura mieux éliminé les germes potentiels en amont. La filière classique de traitement – coagulation/floculation/décantation, filtration sur sable, désinfection – répond déjà à une bonne partie de la question en éliminant jusqu’à 80 % de la matière organique. « C’est le reste qui pose problème. Depuis une vingtaine d’années, la majorité des eaux brutes contenant plus de 4 ou 5 mg/l de MO subissent donc un affinage complémentaire », souligne Xavier Guivarch chez Suez.

Le charbon actif, en poudre ou en grain, en réacteur (avant le filtre à sable) ou ajouté lors de la clarification, domine les techniques actuelles d’affinage. La Saur exploite ainsi des usines subissant parfois des épisodes d’eutrophisation (donc de prolifération de microalgues) de la ressource en été. « La filière est déjà prévue pour traiter la matière organique, et des filtres à charbon en grains sont éventuellement présents, mais pour faire face aux épisodes d’eutrophisation, nous avons sélectionné des charbons actifs en poudre à ajouter en première étape de clarification », explique Stéphanie Piel. Pour des usines nouvelles dont on prévoit qu’elles seront régulièrement confrontées au problème, la Saur propose sa solution « Carboplus® Poudre » en affinage. Ce réacteur à charbon actif à renouvellement continu, qui fonctionne en flux d’eau ascendant, permet d’abattre facilement les matières organiques et les micropolluants afin   de descendre sous les limites de perception et de quantification. « Nous le proposons pour tous types de micropolluants, dont la géosmine et le 2-MIB. Les filtres classiques à charbon en grains, qui sont renouvelés au mieux tous les ans ou deux ans, peuvent être rapidement saturés au moment du pic de pollution, alors qu’avec Carboplus®, il y a toujours du charbon neuf et une masse de charbon importante disponibles au sein du lit de charbon fluidisé pour l’adsorption de ces composés », affirme Stéphanie Piel. À titre d’exemples, l’usine du Jaunay (85) utilise ce type de réacteur, le Carboflux® et l’usine du Longeron (49) utilise le Carboplus® P.

Placé en traitement d’affinage, Carboplus de Saur élimine, à faible coût, un large spectre de micropolluants : produits phytosanitaires (pesticides, désherbants…), résidus médicamenteux (anti-épileptiques, hormones, anxiolytiques…).

De son côté, Veolia Water Technologies, avec Opaline™, combine la technologie membranaire et l’adsorption sur charbon actif pour mieux éliminer les pesticides, le Carbone Organique Total (COT) les perturbateurs endocriniens, les micro-organismes, la turbidité, les goûts et odeurs.

Les résines échangeuses d'ions représentent une solution élégante pour traiter les matières organiques. Purolite propose une variété de résines anioniques régénérables à la saumure qui peuvent éliminer les matières organiques. Le degré de réduction dépend de la nature spécifique du COT, aussi bien que du choix de la résine, sa porosité, du temps de contact. Ces procédés ont été développés, notamment par les sociétés d’eau potable DeWaterGroep en Belgique et Vitens en Pays-Bas avec les résines A860S de Purolite, pour éliminer les matières organiques avec la possibilité de recycler les éluats de régénération. Les matières organiques filtrées des éluas peuvent ainsi être revalorisées.

Amanda Kaddoum, chez Aqualter, estime pour sa part que « la meilleure réponse technique aux problèmes de qualité perçue est de maîtriser l’exploitation. En peaufinant les réglages et dosages, on supprime déjà une bonne part des problèmes. Des traitements supplémentaires ne sont pas forcément nécessaires ». Cela suppose une instrumentation développée. « Nous avons plusieurs niveaux de surveillance : un autocontrôle en parallèle à l’ARS sur les usines et le réseau, des analyses d’exploitation des usines qui permettent de régler les traitements et des analyseurs en continu en sortie d’usines et sur le réseau. Nous surveillons le chlore résiduel, la turbidité et pH ou conductivité » précise Jean-François Coupel, expert technique « eau potable » chez Aqualter. 

Chaque dérive provoque un nouveau réglage de l’usine.

Outre ses usines de Chartres, Aqualter exploite de nombreuses usines d’eau potable en région parisienne, Rhône-Alpes et sud de la France.

Elle construit également des filières de potabilisation, comme, par exemple, une usine de 700 m³/h à Locquignol (filière complète de clarification, neutralisation et désinfection) ou de 200 m³/h à la Vieille Poste, dans l’Allier, où une eau souterraine de bonne qualité est simplement aérée puis passée sur filtre catalytique (Mangagran) pour éliminer le manganèse.

Décarbonatation : un catalogue de techniques

Nécessitant des investissements lourds, la décarbonatation ne se justifie traditionnellement que si l’eau brute est très chargée puisqu’aucun seuil sanitaire n’est imposé. D'après Sabine Blondeau, Saur,  « la décarbonatation collective est plus économique pour tout le monde et plus équitable. Les solutions individuelles coûtent cher en entretien et posent des problèmes de développement bactérien ». Il existe pour cela différentes options technologiques, aux performances comparables, que l’exploitant choisira en fonction de la taille de l’usine, de la filière technologique déjà installée, de la qualité de l’eau brute… et des contraintes économiques.

La plus ancienne consiste à ajouter de la chaux ou de la soude directement dans le décanteur initial. L’augmentation du pH fait alors précipiter le calcium et les carbonates, créant des boues liquides. Dans cette lignée, Suez propose par exemple son décanteur à recirculation de boue Densadeg. Plus récente mais toujours à base de soude ou de chaux, la décarbonatation catalytique se fait en réacteurs dédiés, avec des lits fluidisés de billes sur lesquelles se dépose le calcaire. « Nous installons des réacteurs de faible encombrement mais de grande hauteur, où l’eau circule très vite, et contenant un micro-sable. Sous l’action de la soude ou de la chaux, dosée en continu, le calcaire précipite sur les grains de sable. Les billes sont régulièrement extraites et renouvelées » explique Sabine Blondeau. La Saur utilise cette technique à Saint-Soupplets (Seine-et-Marne, 100 m³/h), Baignes (Charente, 200 m³/h) ou Montpezat-Puylaroque (Tarn-et-Garonne, 350 m³/h). Dans le même esprit, Suez propose son réacteur Softazur™C, qui équipe en particulier la nouvelle usine de Flins Aubergenville (5.000 m³/h, Yvelines). Veolia l’a mis en oeuvre à Puchay (27) via sa technologie Actina® Pack.

Softazur™ C de Suez désigne un procédé de décarbonatation catalytique à lit fluidisé dans lequel la décarbonatation des eaux dures se fait par précipitation chimique 
sur un support constitué de billes de carbonate de calcium. Il équipe en particulier la nouvelle usine de Flins Aubergenville (5.000 m³/h, Yvelines).

La décarbonatation électrolytique est une exclusivité de Suez, avec son procédé breveté Erca2™. Il consiste en un réacteur comportant deux électrodes entre lesquelles passe un courant faible, suffisant pour électrolyser l’eau et donc créer des ions OH-. Ces derniers provoquent une augmentation du pH, donc une précipitation des carbonates de calcium qui se déposent au fond du réacteur et sont régulièrement vidangés. « Nous l’utilisons depuis 20 ans, plutôt sur de petites et moyennes installations, aussi bien en municipal que pour des hôpitaux ou des industriels », précise Xavier Guivarch. Le procédé trouve sa place pour des abattements de dureté de 10-15 degrés français pour des raisons de coût énergétique.

Les petites collectivités peuvent aussi opter pour les résines échangeuses d’ions commercialisées par Lanxess, Purolite ou Dow Water, qui captent les ions calcium (Ca+) et les remplacent par d’autres cations (Na+ ou H+). Les procédés sur résines sont robustes et ne nécessitent pas d’importants prétraitements. L’échange d’ions, très sélectif, est utilisé dans de nombreuses applications pour l’élimination sélective des nitrates, du bore, des matières organiques naturelles, des perchlorates, des chromates, de l’uranium et de divers autres métaux. « C’est un système analogue aux adoucisseurs individuels mais à échelle industrielle. La résine étant périodiquement saturée, il faut la régénérer, ce qui crée des éluats qu’il faut éliminer en assainissement. Au total, le coût peut grimper », prévient toutefois Xavier Guivarch.

Aqualter construit également des filières de potabilisation, comme, par exemple, une usine de 700 m³/h à Locquignol (ci-dessus) ou de 200 m³/h à la Vieille Poste, dans l’Allier.

Selon le traitement, les résines ne sont cependant pas toujours régénérées. En effet, pour l’élimination des perchlorates, Purolite recommande l’utilisation des résines A532E à usage unique. La très grande sélectivité des résines A532E permet des cycles de l’ordre d’une ou deux années, rendant l’échange d’ions très simple à mettre en œuvre et économique. La même stratégie peut-être appliquée pour l’élimination de métaux lourds (As, Cu, Zn, Pb, Ld, U…) ou bien les perfluoroalkyles.

Paradoxe de la décarbonatation : lorsqu’elle est très poussée (par exemple avec les résines), il faut reminéraliser l’eau en sortie car comme le précise Salvador Pérez, chez Chemdoc, « il faut maintenir un niveau calco-carbonique acceptable pour des raisons de goût – l’eau très adoucie est imbuvable – et de corrosion des canalisations ».


L’apport des membranes

Les plus « anciennes » des membranes, destinées à l’ultrafiltration, sont déjà utilisées en routine dans certaines usines. « Avec des pores cent fois plus petits que ceux des filtres à sable, elles éliminent un certain nombre de molécules susceptibles de donner du goût par réaction avec le chlore. De plus elles permettent une désinfection primaire en arrêtant virus et bactéries, ce qui permet d’utiliser moins de chlore au final. Le résultat est très perceptible pour les consommateurs », affirme Jean-Michel Espenan (Polymem).

Les membranes PVDF Neophil™ de Polymem, désormais ACS, permettent de maintenir une qualité d’eau constante quelles que soient les variations de l’eau brute.

L’avenir appartient toutefois à la nanofiltration, voire à l’osmose inverse à basse pression, en traitement de finition. C’est le domaine de fournisseurs comme Dow, Chemdoc, Lanxess, Hydranautics ou Toray ou des concepteurs comme Elma Technologies ou Chemdoc, par exemple. Ces techniques, déployées depuis plusieurs années dans des pays comme l’Allemagne (ou des pays dessalant l’eau de mer comme Israël), restent très rares en France, si l’on excepte l’usine du Sedif à Méry-sur-Oise, toujours citée en exemple. Le problème de l’Attestation de conformité sanitaire (ACS) n’a pas facilité l’émergence de ce type de solution en France mais la situation évolue puisqu’un fournisseur l’a obtenue et plusieurs sont en phase d’instruction de leur dossier. « Les membranes sont certainement amenées à se développer car elles éliminent à la fois la dureté et les micropolluants comme les perchlorates, les nitrates, etc. », estime toutefois Sabine Blondeau chez Saur. Xavier Guivarch confirme : « ce type de barrière physique a l’avantage de prendre simultanément en charge de nombreux composés. Cette barrière retient les microorganismes, ainsi la chloration devient minimale, voire nulle, en sortie d’usine. En plus, la membrane peut assurer une décarbonatation ». Le syndicat du Valenciennois, avec Suez, a opté pour ce type de traitement sur des eaux de forage. Seule autre intervention : un abattement initial du fer et du manganèse pour protéger les membranes.

L’échange d’ions permet d’éliminer de façon sélective les nitrates, le bore, les matières organiques, des perchlorates, des chromates, de l’uranium et de divers autres métaux.

Avec de telles possibilités, il n’est pas étonnant que les syndicats et/ou les opérateurs se penchent sur la question, ne serait-ce que pour des études prospectives. Eau de Paris s’y intéresse, par exemple. « Nos filières de traitement sont suffisantes mais nous réfléchissons à l’avenir. Nous allons tester les membranes de nanofiltration et d’osmose inverse sur un pilote semi-industriel pour voir quel serait l’intérêt pour nous. Nous visons, entre autres, les nitrates, les micropolluants émergents et la décarbonatation. L’objectif est notamment d’évaluer les performances de ces membranes et les bénéfices qu’elles procureront en termes de qualité d’eau perçue par les consommateurs au regard des surcoûts d’investissement et de fonctionnement et des contraintes d’exploitation que le déploiement de ces technologies poussées à l’échelle industrielle générera » révèle Jean Baron.

Le Sedif a lancé en 2017 un processus d’étude visant à l’installation, d’ici 2030, de traitements de finition par osmose inverse ou nanofiltration dans ses usines Choisy-le-Roi, Neuilly-sur-Marne et Méry-sur-Oise. Une installation pilote, en circuit fermé, fonctionne d’ores et déjà à Choisy-le-Roi.

Le Sedif, fort de son expérience en nanofiltration à Méry-sur-Oise, a pour sa part lancé en 2017 un processus d’étude visant à l’installation, d’ici 2030, de traitements de finition par osmose inverse – probablement, bien que la nanofiltration soit étudiée en parallèle – dans ses usines de Choisy-le-Roi, Neuilly-sur-Marne et Méry-sur-Oise. « Au-delà des contraintes sanitaires, déjà largement satisfaites, il s’agit bien de s’attaquer à la qualité perçue par le consommateur : le taux de calcaire et le goût de chlore. Et aussi se préparer à la réglementation qui ne manquera pas de surgir à un moment ou un autre concernant les micropolluants, en particulier les perturbateurs endocriniens » souligne Philippe Knusmann, directeur général des services au Sedif. Une installation pilote, en circuit fermé, fonctionne d’ores et déjà à Choisy-le-Roi. « En fonction des conclusions, et avec l'aval des autorités, nous lancerons une expérimentation à taille réelle dans notre usine d’Arvigny (Seine-et-Marne), qui dessert une zone restreinte, avant de généraliser aux autres usines » prévoit Philippe Knusmann.


Reste un petit problème, souligné par Salvador Pérez chez Chemdoc : « la nanofiltration « simple » élimine facilement les ions calcium et magnésium, dont on ne veut se débarrasser que dans une certaine mesure, et laisse passer le sodium, le chlore et les nitrates, qui n’intéressent personne. Notre procédé Nanoselect® combine plusieurs membranes pour inverser ce type de sélection. Il permet une déminéralisation sélective sur des eaux déséquilibrées. Des projets sont en cours pour éliminer les « mauvais » ions au profit des « bons » ».

Le même plaide d’ailleurs pour une généralisation des membranes de nanofiltration ou d’osmose inverse, qu’il estime sous-exploitées, pour régler les problèmes de micropolluants ou de minéralisation. « Actuellement, on traite séparément les nitrates (avec des résines) et le goût/odeur (avec du charbon actif). Avec les membranes, on va pouvoir régler les deux problèmes en une seule passe, sans consommables », affirme-t-il.