Parallèlement au contrôle des autorités sanitaires, il est de la responsabilité et de l'initiative du traiteur d'eau d'instaurer une démarche interne complète de suivi et de maintien de la qualité de l'eau en cours de distribution, démarche nécessaire et complémentaire des actions classiques d'amélioration du procédé de potabilisation. La Compagnie Générale des Eaux a mis en place une telle organisation interne et un autocontrôle bactériologique. Cet autocontrôle décentralisé consiste en l'implantation d'analyseurs capables d'effectuer un grand nombre d'analyses en parallèle et de déterminer rapidement les niveaux de contamination en Escherchia coli et coliformes totaux de la série d'échantillons qui leur est soumise. Ces automates d'analyse rapide des germes permettent chacun de couvrir une zone géographique particulière du réseau (soit plusieurs dizaines de points de mesure). Ils peuvent être exploités localement par du personnel polyvalent, dans un environnement courant (pas de nécessité d'un laboratoire spécialisé en bactériologie) et ne requièrent que très peu de manipulations pour assurer le bon fonctionnement. Ces appareils facilitent une prise de décision à l'échelle du réseau entier par la centralisation presque en temps réel des données (localisation, date du prélèvement, contamination éventuelle) vers les centres nerveux où sont habituellement centralisées les informations relatives à l'état hydraulique du réseau de distribution.
Les usines du Syndicat des Eaux d’Ile-de-France qui assurent l’alimentation en eau potable de plus de 4 millions d’habitants en région parisienne produisent quotidiennement près d'un million de mètres cubes d’eau grâce à des filières de traitement sans cesse perfectionnées afin de distribuer une eau de qualité croissante, malgré la dégradation des eaux de surface constituant la ressource et une évolution notable des normes de potabilité.
Cette amélioration constante de l’outil de production pour répondre à des exigences de qualité de plus en plus sévères s’accompagne d’une politique ambitieuse au niveau des réseaux et des réservoirs afin de concilier deux objectifs complémentaires, celui de la sécurité de l’alimentation en eau et celui du maintien de la qualité de l'eau jusqu’au robinet de l’usager.
Assurer en permanence la quantité a cependant des conséquences sur la qualité. La complexité et l'étendue des réseaux, la plus grande dispersion des temps de séjour dans les conduites, sont autant de facteurs supplémentaires à surmonter, au-delà de la bonne gestion du procédé de potabilisation lui-même.
La gestion cohérente de l’ensemble production et distribution est alors extrêmement complexe, mais se doit toujours de satisfaire les deux objectifs qualitatifs précités.
Une mise à niveau permanente
L’évolution constante de l’outil de production, afin de répondre à ces exigences de qualité croissante, se doit d’être accompagnée d’une politique ambitieuse au niveau des réseaux afin d’assurer une sécurité et une qualité de distribution homogènes et compatibles.
Au plan technique de nombreuses
Innovations ont été introduites sur les installations gérées par la Compagnie Générale des Eaux, et de larges investissements ont permis de se doter d’outils de surveillance et de simulation permettant de définir les modifications d’asservissement ou de configuration à apporter au réseau afin d’augmenter la rotation des stocks d’eau dans les réservoirs et de diminuer les temps de séjour trop importants dans certaines conduites.
C’est ainsi que le SEDIF a mis en place un Centre des Mouvements de l’Eau (CME), véritable centre de supervision et de coordination des trois secteurs de production de la banlieue parisienne, qui assure de façon optimale les mouvements d’eau nécessaires entre ces différents secteurs.
À cet effet, le CME dispose d’une cartographie de l'ensemble du système de distribution couplée en amont à un superviseur de contrôle et d’acquisition des données (SCADA) et en aval à un outil de modélisation de l’hydraulique et de la qualité de l'eau mise en distribution.
Cet outil complexe permet de simuler le comportement du réseau en incluant le calcul des paramètres de qualité d'eau. Il permet également de prédire les effets dus à des changements de stratégie d’asservissement et de contrôler en temps réel le comportement du réseau et donc de prévenir des dysfonctionnements potentiels.
Au plan qualitatif, d’importants programmes de suivi et d’amélioration de la qualité de l'eau distribuée dans son parcours parfois long et complexe au sein du réseau de distribution ont été entrepris.
Des études fondamentales sur la qualité de l’eau en réseau, qu’elles soient sur pilote (réseau expérimental du NanCIE) ou en réseau réel (banlieue de Paris, Nice, Toulouse, Auvers-sur-Oise), ont clairement mis en évidence le rôle joué par la matière organique biodégradable (CODB), base de nourriture pour les bactéries, dans les phénomènes de croissance bactérienne en réseau. Aussi, le maintien de la qualité bactériologique dans le réseau doit-il être assuré en premier lieu au niveau du traitement par une action essentielle : la réduction maximale de la matière organique nutritive (CODB). Cet objectif peut être atteint en optimisant les filtres biologiques actuels et en mettant en œuvre de nouvelles techniques d’affinage telles que la nanofiltration.
Dans ces conditions, il est alors plus aisé de maintenir un résiduel efficace de désinfectant pendant la distribution, ce qui limite les risques de “dérives bactériologiques” du réseau.
La réduction maximale du CODB n’étant pas encore complète dans les usines du SEDIF, il a été mis en place un programme de contrôle et de maintien du taux de chlore résiduel à l'aide d’analyseurs placés dans les réseaux et de stations mobiles de rechloration, visant à favoriser le maintien d'une qualité bactériologique optimale au cours de l’étape de distribution. Afin de participer à la bonne répartition d’un résiduel de chlore libre en réseau, y compris dans les zones où la vitesse de circulation de l'eau est faible (limites d’élévation, extrémités de conduites...), des systèmes de purges automatiques des réseaux ont aussi été mis en place. Ils permettent de soutenir artificiellement le tirage du réseau en certains points critiques, afin de limiter toute création de zone immobile à faible résiduel de chlore, propice aux croissances bactériennes indésirables.
Un complément logique et nécessaire : l'autocontrôle bactériologique décentralisé
Il est aussi de la responsabilité et de l'initiative du traiteur d’eau d’instaurer une démarche complète de suivi et de maintien de la qualité de l’eau au cours de sa distribution, démarche similaire et cohérente avec les actions plus classiques visant prioritairement l’amélioration du procédé lui-même. Cependant, force est de constater la difficulté de la tâche et l'absence encore récente de solutions techniques adaptées en ce qui concerne le suivi en autocontrôle de la qualité bactériologique en réseau, pourtant un complément nécessaire aux bonnes démarches d’optimisation évoquées précédemment.
L’autocontrôle bactériologique : cibler rapidement les indicateurs de contamination
La Compagnie Générale des Eaux a pour sa part mis en place une telle organisation interne pour assurer le suivi de la qualité bactériologique en réseau, et a élaboré les outils adaptés à la logistique particulière de cet autocontrôle poussé de l'eau distribuée, complétant ainsi la démarche d’“Assurance Qualité" déjà en place au niveau des filières de traitement.
En complément à toutes les mesures visant à prévenir la croissance bactérienne dans les réseaux, une attention particulière a été portée au suivi analytique rapide des critères de qualité bactériologique d’une eau destinée à la consommation :
- absence de coliformes fécaux et thermotolérants dans 100 ml d’eau,
- absence de streptocoques fécaux dans 100 ml,
- pas plus d’une spore de germes anaérobies sulfito-réducteurs dans 20 ml d’eau.
Le contrôle bactériologique réglementaire des eaux de distribution repose en priorité sur la recherche de ces indicateurs de contamination fécale. La présence de coliformes totaux et thermotolérants est en effet la plus fréquemment et précocement mise en évidence en laboratoire lorsqu’une dégradation de la qualité bactériologique est observée. Un autocontrôle bactériologique en réseau bien mené doit donc cibler rapidement ces indicateurs, afin de révéler au plus tôt toute anomalie et permettre les actions correctives qui s’imposent sur le terrain.
La méthodologie de l’autocontrôle
La démarche première de l’autocontrôle consiste donc à vérifier à la fréquence la plus rapprochée l’absence d’Escherichia coli au plus grand nombre de points possibles du réseau, en commençant par les points potentiellement à risques.
La principale difficulté de tout programme d’autocontrôle bactériologique en réseau est l’inadéquation apparente entre les techniques analytiques normalisées (type filtration sur membrane), répondant aux besoins du contrôle bactériologique réglementaire, et la nécessité pour le traiteur d’eau d’obtenir une vision globale en temps réel de l’état bactériologique de son réseau.
Pour les paramètres indicateurs de la qualité bactériologique de l’eau qui impliquent en l’état des techniques analytiques courantes des temps d’incubation longs, le temps de réaction peut être compris entre trois à cinq jours, lorsque l’on considère un cycle complet débutant par le prélèvement de l’échantillon sur le terrain et clôturé par la disponibilité du résultat d’analyse bactériologique de l’échantillon incriminé (figure 2). Les deux facteurs principaux générant ces délais rédhibitoires pour assurer une gestion optimale de la qualité de l’eau distribuée sont d’une part la logistique d’acheminement de l’échantillon vers un laboratoire spécialisé, et d’autre part les techniques analytiques elles-mêmes, qui participent à plus de 60 % à ces délais. Ces délais inhérents au caractère normatif de l’analyse sont trop importants et pénalisent la mise en place d’actions correctives efficaces sur le terrain.
Toute démarche visant à instaurer une vision cohérente en temps quasi réel de l’impact du réseau sur la qualité de l’eau passe donc par :
- la mise au point d’outils analytiques adaptés, propices à la démarche d’autocontrôle, basés sur des tests microbiologiques rapides utilisables en laboratoire et sur le terrain ;
- la mise en place d’une organisation interne propre à la surveillance systématique de réseaux vastes (près de 10 000 km de canalisations, de 8 000 à 10 000 km² de surface géographique couverte, 900 000 m³ journaliers produits en moyenne dans le cas du SEDIF).
Des techniques d’analyse microbiologique rapides
Parmi les diverses méthodes apparues récemment sur le marché, des études nouvelles ont permis de retenir certaines techniques microbiologiques rapides aptes à servir de base aux démarches internes d’autocontrôle bactériologique en réseau. Le développement de protocoles analytiques et d’outils adaptés à ces besoins permet de connaître la contamination de l’échantillon avec un gain de temps de l’ordre de 8 à 10 par rapport aux démarches classiques.
Une organisation interne optimale de l’autocontrôle bactériologique en réseau nécessite :
- la rapidité de l’obtention de l’information analytique des prélèvements unitaires, fortement liée à la durée de l’analyse bactériologique proprement dite,
- la centralisation automatique de ces informations en un système de visualisation apte à la prise de décision à l’échelle du réseau entier, incluant les ouvrages qui le composent,
- l’aptitude à focaliser une partie de cette capacité d’investigation d’autocontrôle sur telle ou telle zone en fonction des événements réels ou pressentis,
- l’insertion de l’autocontrôle dans la démarche d’Assurance Qualité.
Une organisation interne
L’organisation effective de l’autocontrôle s’appuie donc fortement sur des outils instrumentaux d’analyse automatisés permettant l’acquisition locale rapide d’informations sur la qualité bactériologique de multiples échantillons prélevés en différents points du réseau. Une telle organisation décentralisée permet de limiter l’impact logistique et financier d’un tel système de diagnostic rapide sur les structures de type laboratoire d’analyses bactériologiques classiques, lesdits laboratoires pouvant en effet se consacrer plus particulièrement à l’identification des échantillons positifs. Il convient cependant de choisir dès le départ la bonne façon d’implanter et de gérer ce type d’outils, sur lesquels repose toute la démarche d’autocontrôle.
Deux voies d’automatisation permettent l’obtention régulière d’une telle somme d’informations plusieurs fois par jour (figure 3) :
La première, qui présente de nombreux inconvénients, consiste en l’utilisation d’analyseurs en ligne automatisés d’Escherichia coli et de coliformes totaux, installés en un poste fixe sur des points multiples du réseau, ce qui pose déjà le problème du choix de l’emplacement de ces analyseurs sur le réseau. En effet, ils ne seront jamais idéalement placés au bon moment, au bon endroit ; la contamination éventuelle pouvant se déplacer sur le réseau. De plus, à partir du moment où le problème est géographiquement localisé, le traitement qui s’ensuit, s’il est efficace, doit réduire à néant l’intérêt de suivre à l’avenir de façon fixe ce point du réseau plutôt qu’un autre.
L'implantation d'analyseurs en des points fixes n’est donc pas justifiée.
Il convient par ailleurs de noter que les coûts d’installation de tels analyseurs sont élevés, et que ces analyseurs sont difficilement mobiles en l'état actuel des techniques ; de surcroît, la capacité analytique limitée des solutions en ligne (couple : temps de réponse - nombre d’échantillons) impose la multiplicité des implantations pour ces outils, ce qui accroît encore les coûts.
La couverture d'un réseau de la taille de celui du SEDIF nécessiterait donc un investissement lourd pour couvrir au moins deux cents à quatre cents points, générant une logistique fort coûteuse de télétransmission des résultats, et surtout de maintenance régulière spécialisée de tels appareils. Dans le cas de réseaux plus restreints, la dépense serait encore trop élevée par rapport au nombre d’habitants desservis.
De telles solutions, si elles peuvent répondre partiellement au problème, ou tout au plus à des problèmes spécifiques bien identifiés, ne semblent pas à privilégier par rapport aux objectifs initiaux de l’autocontrôle bactériologique rappelé ci-dessus.
La solution : des unités d’analyses rapides de germes
La seconde solution, plus satisfaisante, consiste en l'implantation de seulement quelques appareils capables en revanche d’effectuer un grand nombre d’analyses en parallèle, et de déterminer de façon rapide les niveaux de contamination en Escherichia coli et Coliformes totaux des échantillons qui leurs sont soumis.
De tels appareils, dont le concept a été testé et validé techniquement en liaison avec Anjou Recherche, constituent de véritables automates d’analyse rapide de germes, capables de donner une réponse rapide sur l'état de la contamination de la série d’échantillons qui leur est proposée (figure 4).
Afin de répondre aux réalités de l’autocontrôle sur le terrain, ces appareils qui permettent chacun de couvrir une zone géographique particulière du réseau (soit plusieurs dizaines de points de mesure) peuvent être exploités localement par du personnel polyvalent, dans un environnement courant (pas de nécessité d’un laboratoire spécialisé) et ne requièrent que très peu de manipulations pour gérer leur bon fonctionnement.
La technique employée permet la détection rapide des Coliformes totaux et Escherichia coli sur une pluralité d’échantillons d'eau introduits par salves. Ceux-ci, prélevés en différents points physiques du réseau, sont introduits dans l’automate qui peut analyser jusqu’à 35 échantillons minimum par jour. Une électronique et informatique spécifiques permettent la lecture automatique des résultats, le stockage, la visualisation et la transmission des informations ; ainsi les temps de réponse pour l’obtention de résultats exploitables sont actuellement inférieurs à 12 heures. Un objectif ultérieur de temps de détection est de 6 à 7 heures pour de faibles contaminations, afin de permettre en moyenne l’analyse automatique de deux séries d’échantillons par 24 heures. La méthode utilisée par l’appareil a été approuvée par l’Agence de Protection pour l’Environnement aux États-Unis (EPA) et donne des résultats en parfaite concordance avec la méthode classique normalisée Afnor (T90-414) qui reste la référence en matière d’analyse réglementaire.
Avantages de la centralisation de données pertinentes
De même, la prise de décision à l'échelle du réseau entier est facilitée par la centralisation presque en temps réel des données (localisation, date du prélèvement, contamination éventuelle) vers les systèmes actuels de visualisation de l’état du réseau de distribution. La réduction de la durée d’analyse rend compte, de façon plus représentative, de l’état réel du réseau et participe à la cohérence temporelle du système de suivi.
Il est par ailleurs prévu à terme de renseigner automatiquement par télétransmission les bases de données associées à des fins d'études de tendances dans le réseau, permettant de meilleures modélisations et prédictions de l’évolution de la qualité en réseau.
Conclusion
L’évolution du métier de distributeur d'eau, guidée par les évolutions normatives et réglementaires d’une part, et les exigences légitimes du consommateur de bénéficier d'une eau potable d’excellente qualité d’autre part, passe par le perfectionnement sans cesse accru des installations de production d’eau potable.
Afin de délivrer aux consommateurs une eau de qualité irréprochable, l’attention des traiteurs d’eau se porte sur les phénomènes intervenant dans leurs réseaux.
Le SEDIF, pour sa part, poursuivant sa politique d'innovation technique de ses installations, a déjà mis en place un certain nombre de moyens d’optimisation de la composante technique « distribution », tournée non seulement vers les critères quantitatifs mais aussi vers les critères qualitatifs.
Afin de gérer les installations dont elle a la charge de façon optimale pour un plus grand confort de l’abonné, la Compagnie Générale des Eaux a favorisé la mise en place d’un autocontrôle bactériologique plus poussé en réseau, permettant d'obtenir une bonne maîtrise de l’optimisation des procédés de production et de distribution.
Ce suivi en temps réel de l’évolution éventuelle de la qualité bactériologique est désormais possible à l'aide d’automates d’analyses rapides de germes, délocalisables sur le terrain et couvrant de façon décentralisée des zones géographiques données du réseau.
Ce concept, testé en laboratoire et validé par un premier appareil, permet à tout distributeur d’eau d’assurer, à l'aide d'une organisation efficace et adaptée, un contrôle optimal de la qualité de l’eau distribuée.
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