La Belgique est l’une des nations les plus industrialisées et densément peuplées d’Europe. Dès lors, et malgré son climat « tempéré humide », la croissance des besoins industriels et domestiques implique que l’eau commence à s’y faire plus rare.
La région de Veurne-Ambacht est l’exemple par excellence de ce phénomène. Située dans la partie ouest de la côte belge, Veurne-Ambacht est une région touristique prospère qui accueille des centaines de milliers de visiteurs par an. L’un des effets secondaires de ce succès économique a été la pression croissante sur la distribution locale de l’eau, spécialement en été quand la saison touristique bat son plein.
La production d’eau potable est de la responsabilité de l’Intercommunale Waterleidingsmaatschappij van Veurne-Ambacht (IWVA), c’est-à-dire de la compagnie intercommunale des eaux de la région Veurne-Ambacht. Historiquement, les eaux souterraines étaient extraites de la couche quaternaire des dunes côtières. Toutefois, ce procédé est en voie d’atteindre ses limites. Une poursuite de l’extraction saliniserait les eaux souterraines à cause de l’intrusion d’eau de mer.
Heureusement, la situation n’a pas encore atteint cette phase critique – et elle ne l’atteindra jamais – grâce à une planification raisonnée de l’IWVA. Actuellement, la société est en train de développer des moyens de production alternatifs et originaux pour répondre aux besoins toujours croissants de la région.
Malgré la limitation du pompage des eaux souterraines naturelles, la production d’eau peut être élargie par « l’infiltration de surface » (le remplissage artificiel de la couche aquifère). En effet, 2,5 millions de mètres cubes d’eau seront infiltrés, réduisant d’un million de mètres cubes le prélèvement d’eaux souterraines naturelles.
La solution technique a été mise en œuvre par l’IWVA en collaboration avec SEGHERS better technology for water et Zenon.
[Photo : Figure 1 : Le cycle du process]
La solution d'infiltration sélectionnée par TIWVA implique que l'infrastructure existante sera maintenue pratiquement telle quelle, ce qui aura un impact minimal sur l'environnement local.
Dans une première phase, l'effluent de l'installation de traitement des eaux usées du village voisin de Wulpen sera utilisé pour produire les eaux d'infiltration. Dans la phase suivante, la topographie particulière de la région sera mise à profit. Tout comme dans les Pays-Bas, une bonne partie de la côte belge a été arrachée à la mer par la formation de séries de digues pour créer des polders, des terres autrefois inondées, aujourd'hui asséchées. En hiver, les eaux d'écoulement des polders constitueront une source idéale pour les eaux d'infiltration.
Des considérations de santé publique et d'environnement – en effet, la région d'infiltration (les dunes) constitue une réserve naturelle – ont amené les responsables de TIWVA à imposer trois critères fondamentaux pour l'installation d'infiltration.
- - Les eaux traitées ne doivent pas être chlorées.
- - La grande sensibilité environnementale de la région exige que les eaux soient de la plus grande pureté, similaire à celle des eaux présentes dans les dunes.
- - Seule une surface limitée peut être utilisée pour construire la nouvelle unité de production.
Les normes de rejet de la station d’épuration de Wulpen sont données dans le tableau 1.
Tableau 1 : Normes de rejet de la station d’épuration de Wulpen
| Norme – DBO : 25 mg/l ; |
DCO : 125 mg/l ; |
MES : 35 mg/l ; |
Ntot : 15 mg/l ; |
Ptot : 2 mg/l |
À cause des teneurs élevées en sels, nutriments et matières organiques dans les eaux d'effluent, il est nécessaire d'utiliser une technologie membranaire moderne, une technologie de pointe non polluante, utilisant les caractéristiques des membranes pour éliminer les impuretés. La production des eaux d'infiltration s'effectuera en deux phases :
- - d'abord, un traitement initial par microfiltration (MF) ;
- - suivi par un traitement ultérieur par osmose inverse (OI).
Ces deux systèmes membranaires nécessitent un espace minimal et produisent un filtrat tellement pur qu'il peut immédiatement être utilisé sans traitement ultérieur. Toutefois, pour des raisons de sécurité, une désinfection à l'aide de l'UV est effectuée en dernier lieu. Ensuite, pendant une période de 40 jours, les eaux transitent de la surface vers la couche aquifère. Le stockage d'eaux dans les dunes, qui sont une réserve naturelle, ne sert pas seulement comme traitement additionnel, mais assure également un approvisionnement continu (au moins pour des courtes périodes) au cas où l'installation même devrait temporairement être hors service.
La technologie membranaire offre à TIWVA deux autres avantages importants :
- - Étant donné qu'il s'agit d'un procédé physique, très peu de produits chimiques sont utilisés.
- - La construction modulaire permettra d'accroître la capacité de production en fonction de la croissance des besoins.
[Photo : Figure 2 : Vue de l'unité de microfiltration]
La récupération des eaux usées pour approvisionner les eaux souterraines naturelles dans la région de Veurne-Ambacht est le premier projet à grande échelle de ce type en Europe. L'installation sera capable de produire 2,5 millions additionnels de mètres cubes d'eau potable par an.
[Photo : L’installation d’osmose inverse]
Le procédé est basé sur les technologies actuellement les plus avancées et se réalise en deux phases fondamentales : la microfiltration (MF) et l’osmose inverse (OI).
Les membranes et l’équipement essentiel de la microfiltration sont livrés par Zenon, Inc., Canada. L’osmose inverse et l'autre équipement électro-mécanique, comme la désinfection UV, sont livrés par SEGHERS - better technology for water Belgique, responsable du projet.
La microfiltration permet d’éliminer des particules de dimensions comprises entre 0,1-10,0 microns. Cette technologie utilise des membranes à pores de différentes dimensions, qui agissent comme des filtres de séparation à travers lesquels différentes matières peuvent passer ou bien être retenues.
La figure 2 donne un exemple typique de microfiltration.
L’osmose inverse est une technologie membranaire utilisée pour éliminer des sels dissous et des matières organiques à poids moléculaire faible. Cette technologie est basée sur l'application d'une pression externe pour s’opposer au procédé naturel de l’osmose. Par exemple, normalement les eaux se déplaceraient d’une zone à basse concentration de matières dissoutes (comme l’eau fraîche et pure) à une zone à haute concentration de matières dissoutes (comme une solution d’eaux et sels). En présumant qu’une membrane permettra le passage des molécules d’eau, mais retiendra les ions de sels, l’osmose inverse fera en sorte que les eaux sortent de la solution de sels. Ce procédé est un moyen de déminéralisation. Dans les figures 3 et 4, un exemple d’une installation d’osmose inverse et le schéma de procès d’IWVA sont donnés.
L’effluent, traité en sortie de l'installation de traitement des eaux d’égout de Wulpen, passe d'abord à travers un pré-filtre de 1 mm et ensuite est recueilli dans un bassin tampon souterrain. Cette chambre consiste en cinq compartiments, dans un desquels se trouvent les membranes de microfiltration. Le compartiment membranaire est alimenté gravitairement par les quatre autres compartiments du bassin tampon. Si le niveau du compartiment membranaire diminue à cause d’une alimentation gravitaire insuffisante, il est rempli à nouveau par le pompage des eaux provenant des autres compartiments.
[Photo : Schéma du process conçu pour l’IWVA]
Le microfiltrat produit dans la phase de microfiltration est collecté dans un réservoir tampon comme alimentation de la phase de l'osmose inverse. Une partie de ce microfiltrat (10 %) est immédiatement utilisée comme eau de filtration, après avoir été mélangée préalablement avec le perméat d'osmose inverse et désinfectée par UV, pour assurer que les eaux d'infiltration contiennent une quantité spécifiée de substances minérales. Cette étape est nécessaire pour les eaux potables qui seront produites par la suite.
L'osmose inverse se réalise en deux phases : d'abord le microfiltrat est traité dans des tubes à pression de 6 m (diamètre 200 mm) puis subit un deuxième traitement dans d'autres tubes à pression de 6 m. Chaque tube à pression contient six éléments membranaires d'osmose inverse.
Le filtrat d'osmose inverse qui en résulte transite par un réservoir désinfecté par l'UV, puis est pompé vers un bassin de 2 hectares, peu profond et légèrement incliné, dans les dunes côtières, où il s'infiltrera à travers le sol vers la couche aquifère. Près du bassin, les eaux seront de nouveau pompées, en utilisant principalement les puits et l'infrastructure existants.
La situation protégée de la région d'extraction des eaux, au milieu d'une réserve naturelle et dès lors loin de polluants éventuels, garantit une qualité permanente élevée des eaux souterraines.
À l'exception des teneurs en fer et en manganèse recueillies dans la matrice des dunes, ces eaux répondent donc à toutes les normes d'eaux potables.
Pour y remédier, les eaux pompées sont aérées de sorte que l'oxygène réagisse avec le fer et le manganèse pour former des oxydes, qui sont éliminés à travers un filtre à sable. À ce stade, les eaux sont parfaitement potables et disponibles pour la consommation des ménages.
[Publicité : SEGHERSbetter technology for water]
