La déchloramination par la mise en oeuvre de lampes ultraviolettes en piscine publique est une pratique courante depuis plus d'une dizaine d'années maintenant. Cette étude in situ confirme et conforte l'intérêt porté à la technologie des lampes basse pression. On observe une diminution de plus de 60 % du taux de chloramines dans le bassin traité par le déchloraminateur. Le taux de trihalométhane total (TTHMs) n?est pas influencé par la mise en oeuvre du déchloraminateur. Il est cependant fortement lié à l'apport d'eau neuve et à la fréquentation. Dans tous les cas, le taux de TTHMs ne dépasse jamais 60 ?g/l ce qui est en dessous des 100 ?g/l réglementaire.
, ingénieur développement, docteur en Physique Appliquée
BORDAS-UVGERMI
Un des problèmes récurrents rencontrés par les gestionnaires de piscines publiques est la maîtrise du taux de chloramines dans l’eau de leur bassin.
Il existe à l'heure actuelle plusieurs possibilités pour diminuer ce taux de chloramines. La première consiste simplement à diluer les chloramines en augmentant les apports d’eau dans le bassin concerné. L'inconvénient de cette méthode est son coût élevé (en moyenne 1 m³ d’eau traité et chauffé coûte 5 € HT) et nécessite une surveillance permanente de la fréquentation et du taux de chlore combiné dans le bassin.
La seconde est le stripage qui consiste à faire dégazer les chloramines (et autres composés fortement volatils) dans le bac tampon (Gérardin et al.). Cette méthode est de plus en plus utilisée, mais ne semble pas apporter une réponse suffisante à la problématique. Une autre consiste à installer un filtre à charbon actif en aval du filtre à sable. Les inconvénients majeurs sont dans ce cas l’espace nécessaire à l'installation du filtre et le renouvellement fréquent du charbon. Il ne faut pas oublier également le risque de relargage des composés adsorbés quand le média filtrant est saturé.
La solution de loin la plus efficace est l'installation d'un déchloraminateur en aval du filtre à sable. Dans cette optique, deux technologies s’opposent : les déchloraminateurs dits Moyenne Pression (MP) qui mettent en œuvre une ou plusieurs lampes UV
polychromatique dont la pression interne du plasma est de l’ordre de 1 à 3 bar. L’autre technologie emploie une ou plusieurs lampes dites Basse Pression (BP) se caractérisant par un spectre d’émission monochromatique dont la pression du plasma est de l’ordre de 0,01 à 0,001 mbar (cf. tableau 1 pour plus de détail). Le but de cet article est de présenter pour la première fois les résultats expérimentaux obtenus lors d’un suivi des paramètres physico-chimiques sur un complexe sportif équipé d’un déchloraminateur UVDECHLO et non pas de comparer ces deux technologies.
Le complexe
L’espace nautique Jean Vauchère de Colomiers (31) est une piscine couverte dédiée à la nage et aux plaisirs de l’eau sous toutes ses formes. Cette piscine est équipée de quatre bassins de différentes dimensions, d’un espace de détente avec un spa, un sauna et un hammam et de plusieurs équipements de loisirs : nage à contre-courant, geyser et bains à bulles.
L’espace nautique a une fréquentation annuelle avoisinant les 500 000 baigneurs. Ce succès a aussi un revers, l’apport moyen par baigneur pour maintenir le taux de chlore combiné en dessous des 0,6 mg/l réglementaire est de 210 litres (sur l’ensemble des bassins) ce qui est bien au-dessus de la moyenne nationale. La commune a donc souhaité investir dans un déchloraminateur tout en rassurant son personnel quant à l’innocuité du matériel proposé.
Le déchloraminateur a été installé sur l’un des 4 circuits de filtration qui comprend le bassin ludique, le bassin de thérapie, la pataugeoire et le spa. L’ensemble de ces 4 bassins, dont le volume total est de 410 m³, est traité par un UVDECHLO 400 fournissant une dose UV de 100 mJ/cm² (pour une perméabilité à 254 nm de 95 % sur 1 cm).
Cartographie et méthodologie
Avant la mise en place du déchloraminateur, nous avons réalisé un bilan aéraulique et hydraulique afin de déterminer les points faibles et forts du complexe. La cartographie des polluants au niveau de l’air et de l’eau a permis d’identifier les points les plus défavorables pour les prélèvements. Cette étude préliminaire a mis en évidence un mouvement d’air globalement satisfaisant, malgré des zones mortes au niveau du bassin ludique et ce, avec une hygrométrie relative plutôt élevée (65 %).
En complément nous avons cartographié en 5 points le taux de trichlorure d’azote, trihalométhane et de dioxyde de carbone dans l’air autour du bassin ludique (cf. graphique 1). Les résultats des mesures de THM sont tous en dessous de la limite de détection de la méthode analytique. On voit très nettement sur le graphique n° 1 que le point 1 est le plus défavorable, le taux de trichloramine dans l’air est de 0,35 mg/m³ soit plus du double des autres points de mesures. On observe la même tendance avec le taux de dioxyde de carbone (supérieur à 1600 ppm) qui est bien au-delà de la plage de confort humaine généralement rencontrée dans les bâtiments (entre 600 et 1000 ppm). Le point 1 est dans une zone morte, il nous sert de point de référence pour les mesures dans l’air.
Dans l’eau, les mesures de carbone organique total (COT) et de THM se sont avérées beaucoup plus homogènes avec une moyenne respectivement de 2,02 ± 0,05 mg/l et 38 ± 3 μg/l.
Par la suite, nous avons recueilli de manière hebdomadaire les concentrations en carbone organique total (COT) et THM dans l’eau, ainsi que le taux de trichlorure d’azote dans l’air sur une période de 15 semaines répartie sur 4 mois. Parallèlement à cela, nous avons enregistré tous les jours le pH, le chlore combiné, les apports d’eau et la fréquentation afin de contrôler l’ensemble des paramètres influençant.
Tableau n° 1 : Principales caractéristiques des lampes UV (Masschelein 2002)
Lampes BP
- – Puissance moyenne : 100 à 400 W
- – Durée de vie : 8 000 à 16 000 h
- – Spectre d’émission : Monochromatique à 253,7 nm
- – Rendement électrique : 40 %
- – R 254 nm : 80-90 %
- – Température du plasma : ~ 40-90 °C
Lampes MP
- – Puissance moyenne : 1 à 4 kW
- – Durée de vie : 4 000 à 10 000 h
- – Spectre d’émission : Polychromatique
- – Rendement électrique : 15 %
- – R 254 nm : 40 % (253,260)
- – Température du plasma : ~ 600-800 °C
ou influençable par la mise en place du déchloraminateur.
Nous avons effectué les analyses suivant le planning ci-après :
- • Tous les prélèvements sont effectués les mercredis.
- • De la semaine 0 à la semaine 3 incluse, l’eau circule dans le déchloraminateur qui reste éteint, ce qui nous permet de connaître le comportement initial de la piscine.
- • Le lundi de la semaine 4, le déchloraminateur est allumé pour le reste de l’étude.
- • L’apport d’eau est maintenu constant à 80 m³ dans la mesure du possible de la semaine 0 au mercredi de la semaine 10 inclus. Ceci a pour but de mesurer l’influence directe du déchloraminateur sur l’eau de la piscine.
- • L’apport d’eau moyen journalier a ensuite été ramené à 45 m³ afin d’observer le comportement des différents paramètres lors de la réduction de l’apport d’eau neuve.
Résultats, discussion
Apport d’eau
Le graphique 2 représente l’évolution du volume d’eau neuve moyen par baigneur lors de cette étude. C’est le rapport du volume d’eau neuve moyen ajouté dans le circuit de filtration durant 7 jours, divisé par la fréquentation moyenne de l’ensemble du complexe ces mêmes 7 jours. Bien qu’il ne reflète pas exactement le nombre de baigneurs s’étant réellement baignés dans les bassins concernés, ce rapport permet de suivre assez précisément la tendance générale. On voit très nettement que ce rapport est en moyenne de 85 l/baigneur durant les 10 premières semaines avant de descendre à 60 puis 34 l/baigneur à la fin de l’étude. En diminuant le volume d’eau neuve par baigneur d’un facteur 2,5 nous avons voulu nous rapprocher de la valeur seuil réglementaire de 30 l/jour/baigneur pour bien en comprendre les effets sur la chimie de l’eau et de l’air. Il est important de noter que 85 l/baigneur représentent un apport d’environ 82 m³ soit 20 % du volume total. En passant à 35 l/baigneur, soit un apport d’environ 44 m³, on arrive à 10,7 % du volume total.
COT et pH
Le taux de COT dans l’eau varie entre 2 et 3,9 mg/l en fonction des semaines de mesure. Il n’y a pas de tendance dans l’évolution de ce paramètre, que le déchloraminateur soit en service ou non. Le pH est resté stable entre 7,1 et 7,2 durant toute l’étude.
Chloramines
Concernant les chloramines dans l’eau, on observe une diminution de plus de 60 % dès la mise en service du déchloraminateur. Le taux moyen est alors de 0,15 mg/l sans jamais dépasser 0,2 mg/l quel que soit l’apport d’eau neuve par baigneur (cf. graphique 3). L’intérêt du déchloraminateur réside dans sa capacité à maintenir le taux de chloramines bien en dessous du taux réglementaire et ainsi de rassurer l’exploitant du bassin.
Les mesures de trichlorure d’azote dans l’air n’ont pas montré d’évolution significative entre les périodes sans et avec déchloraminateur. La concentration moyenne au point le plus défavorable est restée constante à 0,38 mg/m³ d’air. Nous avions volontairement choisi un point de mesure dans une zone morte afin d’obtenir la concentration maximale des différents gaz. On peut simplement dire que, malgré une baisse de plus de 60 % des chloramines dans l’eau, il n’y a pas de variation significative du trichlorure d’azote dans l’air.
pas d’influence sur le taux de trichlorure d'azote volatil présent dans les zones mortes de la piscine. Ceci peut s’expliquer par une hygrométrie trop élevée, un déséquilibre de l’air soufflé au niveau des bouches de soufflage et d’extraction sur l’ensemble de la piscine (création de zone morte). Mais aussi par un apport d’air neuf insuffisant par rapport à la fréquentation.
TTHMs
L’évolution des trihalométhanes totaux (TTHMs) dans l’eau est représentée sur le graphique 4. La ligne rouge à 100 µg/l correspond à la concentration maximale autorisée par le ministère de la santé (circulaire DGS/EA4). Ces TTHMs sont la somme des bromoforme, dibromochlorométhane, dichlorobromométhane et chloroforme, ce dernier représentant plus de 85 % du total. Tout au long de l'étude, les concentrations en bromoforme et dibromochlorométhane sont restées inférieures à 1 µg/l. La concentration en dichlorobromométhane est quant à elle restée comprise entre 0 et 2,7 µg/l, sans aucune tendance.
La concentration en TTHMs est toujours en dessous des 60 µg/l quelles que soient les conditions expérimentales. On note que
lors des quatre premières semaines de test sans déchloraminateur, la concentration en TTHMs varie entre 21 et 41 µg/l. Les 41 µg/l correspondent avec l’apport d’eau par baigneur le plus faible de ces quatre premières semaines. Il paraît cependant difficile d’attribuer cette variation de concentration au simple apport d’eau par baigneur, qui, rappelons-le, ne représente que 10 à 20 % du volume d'eau total du circuit.
Le pic de TTHMs à 59 µg/l de la semaine 4 a été mesuré deux jours après la mise en service du déchloraminateur. Cette augmentation brutale des TTHMs juste après la mise en service d’un déchloraminateur a déjà été observée et reste difficilement explicable à ce jour.
Les deux semaines suivantes, la concentration en TTHMs est redescendue à 27 µg/l.
La mesure effectuée en semaine 7, soit une semaine après la remise en service du déchloraminateur, ne montre pas d’augmentation des THMs. Ceci peut s’expliquer par une valeur élevée de l’apport d’eau neuve par baigneur, le fait de travailler sur une eau neuve, mais aussi par un laps de temps plus important entre la mise en service et la mesure.
Les trois semaines suivantes, la concentration en TTHMs reste stable.
De la semaine 11 à la semaine 15, la concentration en TTHMs est plus élevée, en moyenne à 40 µg/l ; cette augmentation correspond à l’abaissement du taux de renouvellement en eau neuve.
Ces résultats montrent clairement l’influence de l’apport d’eau neuve sur la concentration en TTHMs. Cependant, il est difficile d’attribuer une augmentation des TTHMs d’un facteur 1,6 à un abaissement du renouvellement en eau de seulement 10 % du volume total. Un simple effet de dilution ou de concentration des composés chimiques serait proportionnel à l’apport d’eau.
Le taux de TTHMs est en moyenne de 23,4 ± 2,1 µg/l (sur trois semaines) avant la mise en place du déchloraminateur puis de 25,0 ± 2,8 µg/l (sur six semaines) après sa mise en service et sa stabilisation. Il n’y a donc pas d’augmentation significative des THM due au déchloraminateur.
Concernant les TTHMs dans l’air, toutes les mesures sont en dessous du seuil de détection des analyseurs.
Conclusions
Nous avons montré ici qu’un déchloraminateur UV basse pression permet de réduire significativement le taux de chlore combiné dans un ensemble de bassin de grand volume. Cette étude confirme la complexité des équilibres chimiques à l’interface eau/air. La baisse significative des chloramines dissoutes n’a pas eu d’influence sur le taux de trichlorure d’azote dans l’air au niveau des zones mortes de la piscine. Ceci peut être dû à la gestion et aux seuils des paramètres aérauliques (pourcentage d’humidité dans l’air, zones mortes, manque d’apport d’air neuf, mauvaise répartition de soufflage et de l’extraction).
Contrairement à l’étude sur un déchloraminateur moyenne pression publiée par Cassan et al., nous n’observons ni d’augmentation de la concentration en THM total dans la piscine suite à la mise en marche du déchloraminateur, ni de changement entre les rapports des concentrations des quatre types de THMs mesurés. Ces analyses in situ contribuent, nous l’espérons, à lever le doute sur l’origine de la formation des THMs en piscines publiques en montrant clairement que la mise en place d’un déchloraminateur UV basse pression n’influence pas directement le taux de TTHMs présent dans l’eau. Elle révèle cependant le fort lien entre le taux de TTHMs et l’apport d’eau neuve par baigneur.
Remerciements
L’auteur remercie pour leur participation financière et/ou technique : Dominique Dille, directeur des ventes, Bayrol France ; Serge Smolis, directeur Technique, Pole Air, expert en qualité d’air intérieur ; Gilles Gastaldello, directeur Espace Nautique Jean Vauchère, Colomiers ; la mairie de Colomiers.
