Les UV sont le moyen privilégié de désinfecter l'eau dans une vision globale d'un procédé de traitement. Lampes basse et moyenne pression ont chacune leurs domaines d'application. Reste que la structure du marché français semble plus complexe qu'ailleurs du fait de réglementations encore floues. L?horizon pourrait s'éclaircir avec l'arrivée de textes très attendus en 2010. Une certitude : leur emploi ne peut que se développer sur ces domaines et d'autres qui s'ouvrent'
Va-t-on y voir un peu plus clair sur le marché de la lumière UV, surtout en France ?
L'utilisation des UV pour l'épuration des eaux concerne directement la santé humaine : eau potable, retour des eaux usées au milieu naturel, réutilisation ; on ne plaisante donc pas à ce sujet.
L'Administration a toute légitimité pour se soucier de l'efficacité et de l'innocuité des procédés d'épuration.
Mais les industriels du secteur sont insatisfaits des réponses parfois très lentes, peu claires, voire contradictoires d'un endroit à l'autre, à des demandes d'autorisation de mise en place de procédés utilisant des UV.
Une réunion fin 2009 entre les principaux fournisseurs du marché français et des spécialistes de l'Afssa a laissé des souvenirs pour le moins mitigés côté industriel.
« Mais les choses vont devenir plus claires », affirme Benoit Gillmann de Bio-UV.
De son côté, l'Afssa déclare : « un groupe d'experts de l'Afssa travaille actuellement à l'élaboration de lignes directrices pour l’évaluation de l'innocuité des réacteurs équipés ».
de lampes UV et de l'efficacité de ces procédés pour le traitement d'eau destinée à la consommation humaine afin d’aider le ministère chargé de la Santé à rédiger un arrêté relatif aux conditions de mise sur le marché d'un réacteur UV utilisé pour le traitement de l'eau destinée à la consommation humaine. Les conclusions de ce travail seront publiées sous forme de rapport au cours du deuxième semestre 2010 ». Voilà pour l'eau potable.
Pour les piscines, l'Afsset avance les textes d’avril 1981 mais reconnaît qu'elle est « de plus en plus exigeante sur les preuves d’innocuité, notamment sur les effets toxicologiques des produits et sous-produits engendrés par ces procédés. L’Afsset va bientôt publier un guide destiné aux industriels pour leur préciser les informations indispensables à inclure dans le dossier de demande d’agrément et les tests à mener ».
Il est temps ! Plusieurs industriels déclarent que le flou des textes français est un frein au développement de cette technologie, sans parler des pertes financières consécutives aux tests réalisés et à la lenteur des réponses. Mais l’entrée d'une technologie sur un marché n'est jamais facile et les solutions industrielles en place défendent fermement leurs positions.
Depuis une quinzaine d’années, les dangers que constituent cryptosporidium, giardia, trihalométhanes (THM) et autres ont été révélés, mieux analysés et en parallèle les équipements UV ont fait des progrès. Tout semble en place pour répondre aux défis de l'eau du 21ᵉ siècle : sécurité sanitaire à tous les niveaux malgré des ressources dégradées et rares dans certaines régions avec en plus le souci des économies d’énergie et la réduction de l’empreinte carbone des installations.
Interview de Bertrand Dussert, Président de l’IUVA, International Ultraviolet Association
L'Eau, L'Industrie, Les Nuisances : Quelle croissance voyez-vous pour le traitement des eaux par UV, en Amérique du Nord ? Quels sont les marchés les plus dynamiques ?
Bertrand Dussert : En Amérique du Nord, le marché de loin le plus important est celui des eaux usées municipales (rejet au milieu). Il progressera fortement et constamment : sur les nouvelles stations d'épuration, l’UV l’emporte sur la chloration tout comme en rénovation d'anciennes stations. Malgré tout, les marchés les plus dynamiques en termes de croissance annuelle sont ceux de la réutilisation d'eau, l'eau potable, les activités nautiques et l'AOP (advanced oxidation process).
Comme ailleurs dans le monde, la rareté de l'eau est un enjeu croissant aux États-Unis, y compris le sud-ouest (Californie par exemple), la Floride et le Texas. Il faut noter qu'à capacité donnée, et parce que les exigences du traitement sont plus strictes, le système UV nécessaire pour la réutilisation de l'eau est plus conséquent que celui nécessaire pour le traitement d'un effluent secondaire.
Le marché de l'eau potable devrait connaître lui aussi une progression à deux chiffres. Deux raisons majeures expliquent l'adoption des techniques UV : d'une part la découverte, fin des années 1990, que les UV inactivent facilement Cryptosporidium et autres protozoaires comme Giardia ; d’autre part que les UV, contrairement aux désinfectants chimiques, ne génèrent pas de sous-produits inquiétants pour la santé. Les inquiétudes concernant Cryptosporidium et les sous-produits ont conduit l'USEPA à produire deux textes majeurs modifiant les pratiques du traitement d'eau qui poussent fortement l'utilisation des UV pour l'eau potable municipale en Amérique du Nord : le LT2ESWTR (Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule) pour Cryptosporidium et son équivalent pour les sous-produits, le D/DBPR (Disinfectants/Disinfection By-Products Rule).
Bien que le marché soit plus petit, j'attends une croissance majeure dans l'utilisation des UV pour les applications nautiques et de piscine. En piscines couvertes, l’inquiétude croissante vis-à-vis des effets sur la santé des chloramines conduira au développement des UV qui sont très efficaces pour les détruire. Pour tous les bassins (couverts et extérieurs), plusieurs cas documentés de cryptosporidioses ces dernières années ont poussé les UV.
Enfin et surtout, les UV couplés avec des oxydants comme le peroxyde d'hydrogène ou l'ozone seront de plus en plus utilisés dans des procédés d’oxydation avancée (AOP) en raison des inquiétudes sur les micropolluants comme les pesticides, les perturbateurs endocriniens, les médicaments, les solvants chlorés et la NDMA (nitrosodiméthylamine). Pour ces applications, les systèmes UV sont très gros puisqu’il faut beaucoup plus de radiation UV pour détruire ces molécules organiques que pour inactiver les microorganismes.
L'Eau, L'Industrie, Les Nuisances : Quels sont d’après vous les freins à l’utilisation des UV ? (législations, manque d'information des municipalités, coûts, contre-références, etc.)
Bertrand Dussert : Comme toute technologie, les UV ont quelques inconvénients.
En premier lieu, il est difficile de suivre l'efficacité du traitement car il n’est pas possible d’enregistrer en continu la dose UV. En conséquence, il est très important de certifier/valider les systèmes UV avant de les installer. Malheureusement, les coûts de certification sont très élevés et constituent une barrière pour les fabricants, particulièrement les petits.
Il y a aussi une inquiétude « perçue » en raison des lampes au mercure. Je dis inquiétude « perçue » car la quantité de mercure présente dans une lampe UV est très faible ; dans les rares cas de casse de lampe, la concentration en mercure dans l'eau sera infime, très en dessous des normes.
Autre inconvénient, la dose élevée requise par quelques virus, notamment les adénovirus. Aux États-Unis, ceci est une entrave à l'utilisation des UV pour les eaux souterraines pour lesquelles les virus sont les principaux organismes visés.
Malheureusement, l'industrie des UV a été atteinte par des contre-références et des systèmes peu performants. Dans certains cas, c'est de la faute de mauvaises pratiques de sociétés qui ont sous-dimensionné une installation pour emporter un marché. Dans d'autres cas, c'est un manque de maintenance de la part de l'opérateur (par exemple manque de nettoyage des lampes ou changement de lampes non effectué malgré les recommandations du fabricant). Ceci sera réglé par l’augmentation des exigences de certification/validation des systèmes sur un plan mondial.
L'Eau, L'Industrie, Les Nuisances : La technologie actuelle est-elle suffisante pour les applications dans l’eau ? Quels progrès voyez-vous à court et moyen terme ?
Bertrand Dussert : Dans les dernières décennies, beaucoup de progrès ont été faits, rendant les UV fiables et concurrentiels avec les technologies classiques.
Les améliorations sur les réacteurs UV et les lampes se poursuivront pour renforcer la rentabilité de cette technologie. Sur les réacteurs, l'effort restera sur les améliorations hydrauliques (configuration du réacteur, place des lampes, ajout de mélangeurs) qui réduiront les coûts d'investissement et de fonctionnement. Sur les lampes, les fabricants développeront des lampes à plus longue durée de vie grâce à de nouveaux revêtements et/ou des lampes sans électrodes.
Si la réduction des coûts est significative, les lampes sans mercure (lampes pulsées, lampes excimères et LED) auront un grand avenir. Aujourd’hui, ces lampes ne sont pas compétitives pour différentes raisons : coût élevé, puissance limitée, faible efficacité UVC (taux de conversion entre puissance électrique et rayonnée dans l’UVC efficace pour inactiver les pathogènes) et faible durée de vie.
Propos recueillis par Christian Guyard
Des UV au bon endroit, à la bonne dose
Mettre en œuvre correctement les UV suppose de connaître leur mécanisme d’action. Les UV sont les rayonnements de longueur d’onde entre 100 et 400 nm classés en quatre bandes : UV A (400 à 315 nm) UV B (315 à 280 nm) UV C (280 à 200 nm) et VUV (vacuum UV) inférieurs à 200 nm. À ces longueurs d’onde, l’énergie des UV correspond à celles des liaisons entre atomes de certaines molécules. D’où les utilisations : désinfection grâce à la raie à 254 nm (UV C) des lampes à mercure basse pression (monochromatiques) qui affecte l’ADN des cellules et inactive les micro-organismes, y compris ceux très résistants au chlore comme cryptosporidium et giardia et leur oocystes ; destruction des chloramines en piscine avec les lampes basse ou moyenne pression qui émettent aussi à d’autres longueurs d’onde. Casser des liaisons, c’est aussi créer des espèces réactives qui peuvent engendrer d’autres composés comme les THM quand la technique n’est pas maîtrisée. Heureusement, semble-t-il, les fabricants leaders de la moyenne pression sont sereins sur ce sujet. Chaque longueur d’onde est efficace pour une application ; encore faut-il appliquer le bon niveau d’énergie en appliquant le rayonnement pendant un certain temps sur une surface donnée : c’est la dose. Elle est exprimée en watt multiplié par un temps (watt x sec c’est-à-dire joule) divisé par une surface : la dose s’exprime en J/m² ou mJ/cm². La dose utilisée pour la désinfection est classiquement de 40 mJ/cm² (à 254 nm) et de 60 mJ/cm² pour la destruction des chloramines (les choses sont complexes pour ces composés car mono, di et trichloramine ont des longueurs d’onde d’absorption différentes). Pour réduire la production d’autres composés à partir de ceux présents dans l’eau, il faut éviter une trop forte puissance d’irradiation et éliminer les radiations trop énergétiques. D’où l’utilisation de gaines quartz à seuils de coupure à 240 nm et moins sur les lampes MP et les ballasts électroniques qui modulent la puissance. Cette régulation contribue aux économies d’énergie surtout en forte puissance.
Les lampes sont de plus en plus fiables et durables : les “basse pression” (BP) dépassent les 15 000 h en gardant une efficacité élevée, leur puissance unitaire atteint 800 W. Leur rendement (puissance électrique transformée en lumière) atteint les 35 %. Les lampes “moyenne pression” (MP) atteignent 12 000 h, et leur puissance unitaire 20 kW. Comme ces lampes émettent sur plusieurs longueurs d’onde, le rendement sur la longueur d’onde 254 nm n’est que d’environ 10 % (à prendre en compte pour le calcul de la dose).
L’efficacité d’une installation passe par une bonne conception du réacteur et son utilisation dans les conditions nominales. Aujourd’hui, les fabricants comme ITT France, Siemens, Atlantium, Trojan, Ozonia, Bordas, Bio-UV, RER ou OEI France conçoivent leurs appareils en utilisant des logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic) pour être sûrs que la dose efficace sera appliquée pour tous les débits et transmittance du flux. « La CFD nous permet en plus de nous assurer que l’installation complète supportera la perte de charge apportée par l’appareil sans perturber d’autres opérations » précise Frédérik Cousin, chef de marché chez Degrémont Technologies Ozonia. Outre le débit, la transparence élevée (on parle de transmittance) du flux à traiter est un facteur essentiel d’un bon traitement tout comme la propreté des tubes assurée par des dispositifs de nettoyage in situ. S’agissant de désinfection, les microorganismes sont en partie adsorbés sur des matières en suspension. Selon le niveau de désinfection attendu, il est indispensable de filtrer de manière plus ou moins fine. Certaines matières dissoutes (ions ferriques, manganèse etc.) absorbent les UV.
Des applications en développement
« Les UV BP sont la meilleure solution pour désinfecter l’eau potable. Ils s’insèrent de manière optimale après les traitements de floculation-filtration, sur une eau de transmittance élevée, juste avant la chloration nécessaire à la distribution en réseau (rémanence de la désinfection). C’est le concept multibarrière où chaque procédé est utilisé là où il est le plus efficace » explique Jean-Yves Perrot d’ITT France (Wedeco). Frederik Cousin précise : « Aux États-Unis, dans ce concept multibarrière, chaque étape (filtration, charbon actif, ozone, UV) a son crédit d’abattement ; la dose d’UV, donc l’abattement, sera adaptée selon l’usine ». La future usine d’eau potable de New York qui traitera près de 5 Mm³/j (avec abattement de 3 log) utilisera des lampes BP.
high output de Trojan. Mais c’est une usine totalement nouvelle, sans contrainte de place. Lorsqu’il s’agit d’installer des UV sur une usine existante, dans un espace réduit, la seule solution pour disposer de la puissance nécessaire est l'utilisation de lampes MP. Même si leur rendement est moindre (environ 10 % sur les UV C), leur puissance unitaire élevée rend l’installation plus compacte (moins de lampes à installer). C’est ce qui s'est passé sur les usines de Joinville et d’Orly où des réacteurs Aquaray H₂O d’Ozonia ont été installés. La capacité de traitement est de 2 x 300 000 m³/h.
Ces grosses réalisations ne doivent pas cacher l'existant. « Nous avons installé plusieurs centaines d'appareils UV BP en France, notamment à la campagne et en régions montagneuses sur des eaux de petits voire de moyens débits (quelques dizaines...) pour garantir la désinfection et ne pas modifier la “fraîcheur” de ces eaux » précise Jean-Yves Perrot. Les UV ne sont pas une nouveauté, la querelle BP ou MP sur le marché semble stérile si l'on veut bien regarder sereinement l’équation “abattement, débit, place disponible, coûts d’investissement et d’opération”. Pour Jean-Paul Sachoux d’Abiotec, « les MP sont incontournables pour les gros débits, mais la BP reste d’actualité ».
Problème actuel, l’agrément exigé par le ministère de la Santé. De fait, aujourd’hui, seuls les réacteurs MP d’Ozonia sont agréés en France. L'obligation de prouver l’efficacité par la biodosimétrie (contrôle de l'abattement effectif en microorganismes), l’absence d’installation de test et de laboratoires de certification en France et le coût élevé des essais sont un frein à une diffusion plus large des UV. Le test doit être fait sur l'appareil effectivement utilisé (pas d’agrément pour une gamme) et pour les débits et transmittances envisagés (domaine d'utilisation). En Europe, seuls deux organismes existent en Allemagne et en Autriche et le ministère de la Santé pourrait accepter les essais faits sur ces installations (avec traduction en français). Le coût d’un essai pour un appareil de petit débit atteint au minimum 50 k€ et peut représenter plusieurs centaines de milliers d’euros pour des débits supérieurs à 1 000 m³/h. On comprend la réserve des fabricants.
Réutilisation avec désinfection UV
La rareté de l'eau, son coût d’élaboration, la protection des milieux naturels poussent la réutilisation de l'eau dans différents usages. Les UV sont une solution bon marché. Laure Renvoisé de Stereau, filiale ingénierie du groupe Saur, note les variations des pratiques d’un pays à l’autre selon l'acuité
« En Australie par exemple, les exigences sur la qualité de l'eau réutilisée sont détaillées précisément en fonction des usages, la réglementation est très complète, même pour les particuliers. En Europe, certains pays sont dotés d’une réglementation comme l'Italie depuis 2003, ou sont en cours de révision/rédaction de réglementation comme Chypre et l'Espagne. En France, il n’y a pas globalement de manque d’eau, seulement des contextes locaux particuliers, donc des réponses locales des autorités sanitaires. Un texte réglementaire est en cours de rédaction par la DGS. »
Certains milieux sensibles nécessitent une désinfection des eaux issues d'une step avant leur rejet en milieu naturel. Laure Renvoisé cite Flaine en Haute-Savoie (14 000 EH) où le rejet se fait dans le lac, Aime en Savoie (62 500 EH) avant rejet dans l’Isère, Saint-Gilles-Croix-de-Vie en Vendée (83 000 EH) en raison de la proximité des plages tout comme Saint-Nazaire (102 000 EH) pour 2011 ou Canet-en-Roussillon (66 000 EH). Depuis 2007, les eaux de rejet à proximité du bassin d’Arcachon sont traitées par UV (derrière des Densadeg® et Biofor® Degrémont). Les UV sont parfois utilisés seulement à certaines périodes lors d’étiage sur des cours d’eau ou en saison. La désinfection avant rejet, vu les débits à traiter, s’effectue la plupart du temps en canal ouvert et non en réacteur fermé et ne peut que se développer.
De plus en plus, les UV sont installés pour la réutilisation à l'intérieur d’une usine. Laure Renvoisé indique le recyclage d’eaux de lavage des filtres (à membrane ou à sable) pour limiter les pertes d’eau des usines de production d’eau potable. Les UV sont placés sur la boucle de recirculation, l'eau étant envoyée en tête de traitement : ce sera le cas en 2011 à Bois Joli (Ille-et-Vilaine) sur un débit de 1 800 m³/j.
Dans les stations d’épuration, le recyclage d’eau après désinfection par UV se développe notamment pour les opérations de lavage de filtres, d’équipements, de véhicules. Il n'est pas rare de voir des installations de plusieurs centaines de m³/h pour ces besoins.
La réutilisation des eaux à des fins d’irrigation et d’arrosage est un autre créneau où les UV s’imposent. Mais là encore, la France se distingue, avec un contexte local prépondérant et des interprétations locales des DDASS ; leur remplacement en avril 2010 par les ARS (Agences régionales de santé) changera-t-il quelque chose ? Benoît Gillmann de Bio-UV trouve irresponsables les freins actuels à la réutilisation des eaux usées vu la maturité des procédés ; d'autres industriels pointent des situations absurdes où des UV ont été installés mais l’eau ne peut pas être réutilisée pour l’arrosage. Mais, comme le souligne Laure Renvoisé, « les UV sont un des maillons de toute une chaîne de traitement répondant à un cahier des charges précis. Si l’on veut des garanties contraignantes, par exemple une garantie 100 % du temps sur les bactéries, il est indispensable de bien caractériser et contrôler la nature de l’effluent à désinfecter afin de maintenir l’efficacité des UV. Cette qualité dépend entre autres du type de filière biologique, des traitements physico-chimiques (déphosphatation au chlorure ferrique), du type de filtration afin de réduire les matières en suspension ». En bref, concevoir une installation et non plaquer une technologie.
Avis partagé par Jean-Yves Perrot qui signale que les premières désinfections sur de gros débits d’eaux usées (1 000 m³/h) en France remontent à 1994 et qu'il existe dans le monde une installation traitant plus de 50 000 m³/h (série TAK d’appareils en canal ouvert).
Piscines : déchloramination, pas désinfection !
En piscines, les lampes UV réalisent la déchloramination, pas la désinfection de l’eau. Dans les années 2003/2006, le Conseil supérieur de l’hygiène publique (CHSPF) a donné des avis sur des déchloraminateurs
Des principaux fabricants. L’Afsset a pris le relais. Devant la longueur des délais d’autorisation en France, certaines sociétés jettent l’éponge. Prominent ne souhaite pas communiquer sur le sujet et met en avant le traitement par l’ozone, tout comme Degrémont Technologies Ozonia (en France) et tout comme ITT. Entre l'argument sur la non-génération de chlore combiné dans l’eau avec l’ozone, une qualité d’air irréprochable, des considérations sur les économies réalisées sur le renouvellement de l’air et de l’eau traitée/chauffée et la stratégie de chacun, les discussions restent animées sur l'opportunité de ce traitement, certains avançant le prix de l’installation, la qualification du personnel et la non-obligation du contrôle de l’ozone résiduel dans l’eau !
« Siemens, après avoir réalisé des études comparatives sur ses propres générateurs basse et moyenne pression, a choisi de ne proposer que sa gamme moyenne pression pour la déchloramination. Outre leur efficacité nettement supérieure, les faibles pertes de charges, l'encombrement limité et la très grande facilité d’installation sont autant d’arguments nous ayant conduits à privilégier cette solution. Par ailleurs, nous avons reçu l’agrément du ministère de la santé pour chacun des appareils de la gamme moyenne pression (Barrier M35 à M2600) » annonce Jean-Michel Velay de Siemens Wallace Tiernan, société qui reste ferme sur l’UV. Utilisation sous réserve d’analyses de COT, THM dans l’eau, NCl3 et THM dans l’air etc. Les mesures ont été faites sur une piscine de Nantes, et Jean-Michel Velay précise que des centaines d’appareils sont en service dans d’autres pays. Benoit Gillmann de Bio-UV indique que les appareils MP ont déjà l’agrément dans l’attente de l’agrément BP. « Les THM sont un non-sujet dans les autres pays ! ».
Il est vrai qu’en évitant les surdoses d’UV, en ayant une coupure à 240 nm sur les lampes MP, dans des piscines bien conçues avec un bon renouvellement d’air et d’eau, le problème des THM et autres composés semble maîtrisé.
De nombreuses autres utilisations des UV en désinfection
La crainte de microorganismes pathogènes suscite l'emploi des UV dans de nombreuses autres applications. Frederik Cousin mentionne des UV embarqués sur des bateaux transportant des alevins vers les fermes marines où les poissons grandiront. Un savoir-faire un peu particulier développé pour la Norvège et qui essaime en Amérique du Sud. La pisciculture en général, surtout lors du développement des alevins, redoute des microorganismes indésirables. Même au stade du développement, sur des volumes d’eau à forte concentration en poissons, des UV sont utilisés y compris sur de l’eau de mer. Toujours sur l’eau de mer, un problème de plus en plus aigu avec l’accroissement du trafic maritime est la dissémination d’espèces invasives. Les ballasts remplis en Asie sont vidés en Europe et inversement. Lors du déballastage, les eaux, dans certains ports, sont traitées par les UV pour éviter la dissémination de microorganismes. L’embouteillage d’eaux de sources fait appel aux UV. D’autres secteurs de l’agroalimentaire les utilisent sur des eaux de rinçage. Dans l'industrie, les tours aéro-réfrigérantes susceptibles de contamination par les légionnelles sont aussi traitées par UV, qui ne sont pas la panacée mais une des étapes du traitement, l’important étant un bon contrôle de l’équilibre calco-carbonique pour éviter des dépôts où les bactéries trouvent refuge.
