Réactifs utilisés pour la production d'eau potable. Intérêt et difficultés d'une normalisation européenne

Au sein de la Commission Européenne de Normalisation (CEN), le comité technique n° 164 (TC 164) est en charge de la distribution de l’eau, et l’un de ses groupes de travail (WG9) est chargé du traitement de l’eau. Dans un premier temps, le WG9 a été chargé d’établir des normes sur les produits chimiques intervenant dans le traitement de l’eau destinée à la consommation humaine (dénommée « eau potable » dans la suite de l’exposé).

Le but du traitement d’une eau est de transformer une eau brute, dont un ou plusieurs paramètres ne sont pas conformes à la directive 80/778 EEC sur la qualité des eaux destinées à la consommation humaine, en une eau dont les paramètres doivent être conformes à cette directive. La raison fondamentale du traitement de l’eau potable est donc de modifier la composition de l’eau et les produits chimiques utilisés lors de ce traitement, appelés aussi réactifs de traitement, sont l’un des moyens utilisés à cet effet.

L’article 8 de cette directive stipule :

« Les Etats membres prennent toutes les dispositions nécessaires pour que toute substance utilisée lors de la préparation des eaux destinées à la consommation humaine ne se retrouve pas dans les eaux mises à la disposition de l’utilisateur en concentration supérieure aux concentrations maximales admissibles concernant ces substances, et ne puisse pas entraîner directement un risque pour la santé publique. »

Cet article illustre bien le fait que, si le traitement est destiné à améliorer la qualité de l’eau brute pour la transformer en eau potable, il se peut que les substances (produits chimiques) utilisées pour la préparation de l’eau potable amènent une détérioration de certains des paramètres de qualité. En effet, si l’on utilise un sel métallique pour la coagulation-floculation d’une eau brute, par exemple le sulfate d’aluminium, cela entraîne l’effet principal recherché, qui est la formation du floc à partir de l’ion Al, lequel précipite sous forme de Al(OH)₃, mais il subsiste un effet secondaire par suite de l’enrichissement du milieu en ions SO₄²⁻, ce qui constitue effectivement une modification significative de l’eau.

Le traitement de l’eau

La figure 1 schématise une ligne de traitement de l’eau, depuis l’eau brute jusqu’à l’eau traitée. Au cours du traitement, il peut y avoir plusieurs étapes de traitement (1, 2… X). À chaque étape on peut utiliser un ou plusieurs réactifs de traitement (1 et 2, m et n, … X) qui peuvent être solides, liquides ou gazeux, amenés de l’extérieur ou préparés sur place (exemple : l’ozone).

Intérêt et rôle des normes de produits chimiques

L’exploitant de l’usine de traitement doit généralement acquérir à l’extérieur l’ensemble des réactifs dont il aura à se servir, à chacune des étapes du traitement, pour transformer l’eau

Brute en eau potable. Afin de permettre à l'exploitant de faire un appel d'offres ouvert à tous les producteurs de ces produits dans les pays concernés par le CEN et AELE, il importe de disposer d'un document définissant techniquement le produit.

Le WG9 s'est alors heurté à une première difficulté, du fait que tous les pays n'utilisent pas les mêmes produits. Le Groupe de Travail n° 1 du WG9 a donc été chargé de faire l'inventaire des produits utilisés (2). Cette enquête a révélé une grande disparité des réactifs utilisés, des conditions et autorisations d'emploi, ainsi que des règles régissant la pureté des réactifs mis en œuvre. Le TC 164 a demandé au WG9, en vue de l'ouverture maximale du marché, d'établir des standards pour tous les produits utilisés, même si le produit n'est utilisé que dans un seul pays, afin qu'un producteur de produit chimique puisse répondre à un appel d'offre émanant d'un autre pays, même si le produit n'est pas autorisé dans son pays.

Dans le même temps, il est bien entendu que l'établissement d'un document technique pour un produit utilisé (et autorisé) dans un seul pays ne vaut pas autorisation d'emploi dans les autres pays. Or, il est apparu, lors de l'enquête de six mois préliminaire à l'approbation définitive des documents, que de nombreux pays envisagent un vote négatif en s'appuyant sur le fait que le produit n'est pas utilisé, ou pas autorisé, dans leur pays.

Il y a là une confusion regrettable entre standard technique et autorisation d'emploi, confusion qu'il est indispensable de lever à l'avenir.

Utilisation de réactifs

La première remarque à faire concerne les doses de réactifs : la dose à utiliser ne dépend pas de la volonté de l'utilisateur, mais premièrement de la qualité de l'eau brute : par exemple, la dose de coagulant dépendra de la charge colloïdale et de la quantité de la matière organique présente dans l'eau, la quantité de base ou d'acide pour le contrôle du pH de traitement dépendra de l'alcalinité de l'eau, etc...

Or, les qualités des eaux brutes disponibles en vue de la production d'eau potable présentent un large éventail de différences d'un pays à l'autre et même à l'intérieur d'un même pays. Il en résulte que les taux de réactifs à appliquer varient considérablement d'une usine à l'autre, d'un pays à l'autre. La quantité d'ions supplémentaires introduits dans l'eau brute, la quantité d'impuretés contenues dans le réactif, la quantité de sous-produits éventuels de réaction du réactif sur l'eau brute vont donc varier considérablement d'un pays à l'autre.

Il en découle immédiatement un problème : pour l'établissement d'une norme de produit chimique, est-il souhaitable, ou nécessaire, de mentionner une dose d'utilisation. Il est certain que la dose elle-même ne peut être normalisée, puisqu'elle dépend de l'eau brute. Mais faut-il mentionner une dose maximale pour l'utilisation du produit ? Faut-il mentionner une dose de référence, jusqu'à laquelle le produit est utilisable ?

Dans un premier temps, pour obtenir un consensus entre les pays qui ont participé à l'élaboration des premiers documents et aboutir à la définition d'une seule classe de produit, le WG9 a été dans l'obligation de se rattacher à une dose de référence. Mais à la suite de l'enquête de six mois réalisée en vue de l'approbation des premiers documents, il y a eu constat d'échec pour l'obtention de ce consensus, et le WG9 s'est vu dans l'obligation de recourir à l'établissement de plusieurs classes de pureté pour le même produit, ce qui permet de supprimer la référence à toute dose d'emploi.

Présence d'impuretés dans les réactifs

Origine

Les impuretés contenues dans les réactifs chimiques peuvent provenir des matériaux bruts utilisés dans la préparation des réactifs ; elles peuvent aussi provenir des procédés de fabrication employés pour transformer des matériaux bruts en réactifs utilisables. Il importe donc de prendre toute mesure pour être certain qu'une norme établie pour un procédé de fabrication donné sera également valable pour d'autres procédés de fabrication. En cas de changement de matériau d'origine, ou de changement de procédé de fabrication, il faudra que l'utilisateur en soit informé, et il sera peut-être nécessaire d'établir une nouvelle norme.

Nature

Un réactif chimique peut contenir différents types d'impuretés. Par définition, le WG9 a défini les impuretés « toxiques » comme étant les paramètres relevant du paragraphe D de l'annexe 1 de la directive 80/778 (paramètres concernant les substances toxiques), les autres impuretités relevant des autres paragraphes B et C (paramètres physico-chimiques en relation avec la structure naturelle des eaux et paramètres concernant des substances indésirables).

Le WG9 a estimé indispensable de fournir, pour chaque réactif chimique, des informations concernant la liste des paramètres toxiques ainsi définis, soit en indiquant des valeurs limites, soit en indiquant que tel paramètre ne relève pas du réactif en cause, car n'étant pas présent dans les matériaux d'origine, ni susceptible d'apparaître lors du procédé de fabrication. Il faut noter que si la révision de la directive 80/778 allongeait la liste des paramètres « toxiques », il serait indispensable de les inclure dans la norme. Mais dans l'état actuel de la législation européenne, il n'appartient pas au WG9 de préjuger des paramètres qui sont susceptibles d'être retenus lors de la révision de la directive 80/778, et on s'est limité à la liste évoquée précédemment.

Par contre, au cas où le fabricant utilise un matériau brut, ou un procédé de fabrication conduisant à la présence, dans le réactif final, d'une substance dont la toxicité aurait été notoirement démontrée dans d'autres instances, il a été décidé d'inclure cette substance (bien que ne figurant pas sur les listes B, C, D de la directive) dans un paragraphe « autres impuretés ».

Valeurs-limites des impuretés contenues dans les réactifs

Au moment de fixer des valeurs limites concernant les impuretés présentes dans les réactifs, le WG9 s’est heurté à plusieurs tendances exprimées soit dans les différents pays ou groupe de pays de la CEN et de l’AELE, soit à travers les différents groupements professionnels de traitement ou de distribution d’eau potable.

Tendance de la directive 80/778

Pour résumer cette position, on peut dire que l’exploitant d’une usine est seul responsable de la qualité de l’eau qu’il produit. Il achète les réactifs dont il a besoin, de la qualité qui lui convient, et, compte tenu de son savoir, de son expérience, et de l’usine qu’il a à disposition, il fournit une eau conforme à la directive 80/778, en appliquant en particulier, l’article 8 de la directive mentionnée au début de cet exposé.

Cette façon de procéder suppose un bon savoir-faire de l’exploitant, des moyens de contrôle efficaces et performants sur le site ou à proximité de l’usine. Il faut par ailleurs insister sur le fait que le savoir-faire et les moyens de contrôle ne sont pas toujours disponibles dans les petites adductions d’eau rurales.

Tendance « Réactifs de la meilleure technologie possible »

Cette tendance s’appuie sur deux remarques préliminaires utilisées chacune séparément ou simultanément :

• les exploitants n’ont pas tous la capacité technique et les moyens de contrôle adaptés pour mettre en œuvre la tendance précédente (cf. remarque sur les adductions en zone rurale). • s’il faut traiter une eau brute, il faut utiliser le réactif le plus pur possible, pour que la contamination éventuelle par un polluant soit, non seulement inférieure à la limite fixée par la directive, mais soit aussi la plus faible possible.

Trois critiques principales sont opposées à cette tendance :

• elle ne tient pas compte du fait que, dans beaucoup de cas, le traitement mis en œuvre élimine cette impureté de la même façon qu’il l’élimine lorsqu’elle est présente dans l’eau brute. Par exemple, si du fer est une impureté d’un sel d’aluminium, les conditions de précipitation du sel d’aluminium entraîneront la précipitation du fer contenu dans le coagulant, ainsi que la précipitation du fer contenu dans l’eau brute. Il n’est donc pas indispensable d’utiliser un sel d’aluminium exempt de fer ; • le réactif de la meilleure qualité possible, du point de vue technique, serait un réactif de qualité analytique, c’est-à-dire d’un prix de revient sans commune mesure avec l’usage que l’on voudrait en faire. L’affinage d’un réactif de traitement peut être très coûteux et il importe donc de trouver un compromis économique qualité-prix.

La meilleure technologie possible est difficilement définissable, et elle n’est certainement pas du même niveau dans tous les pays producteurs de réactifs. Alors que certains pays producteurs disposent de matériaux bruts adaptés à la production de réactifs très purs, d’autres pays produisent des réactifs moins purs, car les matériaux bruts sont de moins bonne qualité. Dans ces pays, l’obtention de réactifs de bonne qualité passe alors par la mise en place d’équipements d’affinage, coûteux et donc pénalisants par rapport aux pays précédents.

Tendances intermédiaires « au pourcentage »

Dans les instances recommandant cette façon de procéder, l’introduction d’un réactif dans une eau brute en vue de son traitement doit conduire à l’introduction d’une quantité d’impuretés qui sera, au maximum, d’un certain pourcentage (X %) de la CMA de ce paramètre donnée par la directive 80/778.

L’enquête réalisée par le TGI du WG9 (2) a montré que de nombreux pays appliquaient cette façon de procéder, mais avec des valeurs de X allant de quelques pourcents (2 à 3 %) jusqu’à 20 %.

Dans cette optique, si une ligne de traitement utilisée pour traiter une eau brute ne contenant pas d’une impureté « y » est mise en œuvre avec plusieurs réactifs, on pourra utiliser 10 réactifs contenant cette impureté « y » si X = 10 %, 5 réactifs si X = 20 %, etc. Si l’eau brute contient déjà l’impureté « y », il faudra évidemment adapter la ligne de traitement en conséquence.

Conclusion : les classes de réactifs

À la suite de l’enquête de six mois, il est apparu impossible d’arriver, pour aucun des réactifs étudiés, à un consensus pour l’établissement d’une seule classe de produit. C’est donc un constat d’échec, dû également au fait que les pays qui ont voté contre les documents provisoires établis n’ont jamais pris la peine de participer aux réunions du WG9 ; n’ayant pas participé à l’élaboration du consensus établi, ils l’ont rejeté.

Pour sortir de l’impasse, le WG9 a donc décidé d’établir plusieurs classes pour chaque réactif, en essayant de se limiter à trois classes par produit.

Agrément d’un nouveau produit

L’expérience montre que de nouveaux réactifs sont régulièrement proposés sur le marché du traitement de l’eau. S’il peut paraître relativement aisé d’établir une fiche technique pour les nouveaux produits, il importe de connaître l’effet toxique éventuel du réactif principal ou de ses impuretés, pour en fixer les limites. Le WG9 a besoin soit des informations nécessaires à la fixation de ces limites, soit d’experts en toxicologie qui participent à ses travaux : l’établissement des normes concernant les adjuvants de floculation de synthèse en a fourni la preuve.

Problèmes analytiques

Le problème analytique concerne aussi bien l’analyse du composé principal d’un réactif de traitement que celle des impuretés, toxiques ou non. Ces analyses, destinées au contrôle des réactifs, sont souvent très différentes de celles mises en œuvre pour effectuer l’analyse des eaux. Or si l’analyse des eaux est du ressort du Comité Technique n° 230 (TC 230), l’analyse des réactifs n’est pas comprise dans le domaine d’activité du TC 230 et le WG9 a dû prendre en charge ce problème.

Choix du WG9

Le choix des experts du WG9 a été le suivant :

Il est nécessaire de choisir une méthode de référence qui puisse être utilisée, en particulier, en cas de contestation entre les parties (producteur et utilisateur, c’est-à-dire vendeur et acheteur). Il a parfois été difficile de trouver un terrain d’entente, et la méthode sur laquelle les experts se sont mis d’accord n’est pas toujours la plus rapide ni la plus moderne. Elle peut être compliquée, longue et difficile à mettre en œuvre. La spectrométrie de masse, rapide, n’est pas toujours la plus adaptée, et il a fallu parfois faire appel à des méthodes mettant en œuvre des

réactifs de laboratoire eux-mêmes toxiques, contenant par exemple du mercure, et dont l'emploi est par là même limité dans certains pays (Danemark). Il a cependant paru indispensable de disposer d'une méthode reconnue par tous les experts présents et spécialistes de tel ou tel réactif, et qui puisse servir de référence, comme il est dit plus haut, en cas de contestation. Cette méthode a été réservée dans la partie normative de la norme.

Lorsqu’elles sont disponibles, des méthodes de routine, permettant un contrôle plus rapide, plus simple, moins coûteux, moins polluant, ont été mentionnées dans l’annexe informative de la norme.

Il ne faut pas confondre précision et écart des résultats. Lorsque l’on cherche, par exemple, à mesurer 5 µg/l, il est préférable de choisir une méthode permettant de donner le résultat de (5 ± 2) µg/l (soit ± 40 %), plutôt que donner un résultat faux, par exemple (10 ± 1) µg/l (soit ± 10 %).

Si la méthode existe et a déjà été publiée en Europe, seule la référence en a été donnée dans la norme, afin de ne pas alourdir exagérément celle-ci. Lorsque la méthode n’a pas été publiée, elle a été développée dans le texte.

Remarque importante : Si les experts ont eu du mal à se mettre d’accord sur le choix d’une méthode, c’est que bien souvent il n’en existait pas pour résoudre le problème particulier posé, les Instituts Nationaux ne s’étant pas encore, à ce jour, penchés sur le problème. Il est évident que le jour où une méthode améliorée, reconnue par tous les Instituts Nationaux pour l’analyse de telle ou telle impureté dans un réactif donné, sera mise au point, une révision de la norme devra intervenir. Mais en attendant, le WG9 a mis en forme l’état de l’art à ce jour.

Le cas particulier des matériaux granulaires inorganiques

Les matériaux, mis en œuvre selon la technique de base de la filtration, sont destinés soit à retenir les matières en suspension éventuellement présentes dans l’eau (matériaux filtrants) soit à adsorber des substances dissoutes indésirables (matériaux adsorbants). Il est souhaitable que la percolation de l’eau à travers les matériaux ne détériore pas l’eau traitée. Lors des premières réunions du WG9/TG9, et en l’absence d’un test validé (par le WG3 en charge de ce travail), il est apparu indispensable de définir un test capable de démontrer la stabilité du matériau et l’absence de relargage, sous peine de bloquer les travaux du TG9.

Dès que les travaux du WG3 auront permis de valider un test (et il est probable que le WG3 sera dans l’obligation d’entreprendre une recherche prénormative dans ce domaine), les normes seront modifiées en conséquence.

Cependant, là encore, la différence entre normalisation et autorisation d’emploi est latente : s’il peut paraître aisé de mettre au point, techniquement, un test de relargage par percolation, quelle sera l’autorité qui, à l’échelle européenne, en donnera les règles d’interprétation ?

Le cas des matériaux supports organiques

En ce qui concerne les supports organiques utilisés dans le traitement de l’eau (résines échangeuses d’ions, membranes de filtration, matériaux organiques de filtration, …) la nature des difficultés rencontrées est comparable à celles évoquées pour les matériaux organiques entrant dans la constitution de certaines canalisations, ou de revêtements de réservoirs. L’établissement de standards pour les matériaux intervenant dans le traitement se heurtera :

• • à l’absence de liste européenne de substances autorisées pour leur fabrication (liste parfois appelée liste « positive »),
• • à l’absence de relations logiques entre l’approche normative européenne, limitée à l’harmonisation des méthodes d’essai de migration, et les réglementations nationales existantes qui peuvent fixer des limites spécifiques de migration pour telle ou telle substance.

Conformité et certification des réactifs

Les produits chimiques utilisés pour la production d’eau potable ne sont pas concernés par la directive sur les produits de construction. Il a cependant paru au WG9 que le problème de la qualité et du contrôle de la qualité des réactifs était suffisamment important pour nécessiter la création d’un groupe de travail ad-hoc chargé de préparer un document rassemblant les recommandations générales à respecter pour l’achat et la vente des réactifs, et définissant les relations et les contrôles à effectuer par l’une ou l’autre partie.

Conclusion

Les travaux du WG9 ont montré l’intérêt qu’attachent les parties à l’établissement des documents de normalisation des produits utilisés pour la production d’eau potable : l’âpreté des discussions et la difficulté d’un consensus sont le reflet des intérêts économiques mis en jeu.

Il existe une divergence fondamentale entre la recherche de la meilleure qualité possible de l’eau traitée obtenue, en utilisant les réactifs les plus performants, quitte à payer un surcoût important, et l’utilisation de produits moins onéreux permettant de produire une eau traitée « conforme » à la réglementation. Une optimisation technico-économique uniforme pour l’ensemble des pays sera difficile à atteindre.

Il est par ailleurs urgent de se prononcer sur l’évolution des rapports entre normalisation et réglementation. La relation directive qualité des eaux – limites d’impuretés des normes est fondamentale et en dépend directement.

Bibliographie

1. [1] 80/778 CEE « Directive du Conseil du 15 juillet 1980, relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine ».
2. [2] CEN/TC 164/N 347 Rev. 1 (CEN TC 164/WG9/TG1).
3. [3] CEN/TC 164 n° 281 – « CEN TC 164/WG3 and WG9 » – Positive list – normative approach.