L'objectif principal de la réutilisation des eaux usées est non seulement de fournir des quantités supplémentaires d'eau de bonne qualité en accélérant le cycle d'épuration naturelle de l'eau, mais également d'assurer l'équilibre de ce cycle et la protection du milieu environnant. Par définition, cette réutilisation est une action volontaire et planifiée qui vise la production des quantités complémentaires en eau pour différents usages afin de combler des déficits hydriques.
 
 
 
 

LES PRINCIPALES VOIES DE REUTILISATION

En fonction des exigences de qualité des consommateurs, deux grandes classes de réutilisation peuvent être définies :

Les usages potables qui peuvent être directs, après un traitement poussé, ou indirects, après passage dans le milieu naturel (Figure 1),

Les usages non potables dans les secteurs agricoles (irrigation), industriel et urbain (Tableau 1).


 
 

Au plan mondial, l'utilisation de cette technique par l'agriculture, l'industrie et les usages domestiques couvre respectivement 70 %, 20 %, 10 % de leur demande en eau.
 
 

La Figure 2 résume les principales voies de réutilisation dans les pays ayant une expérience significative dans ce domaine. Il apparaît que la réutilisation pour l'irrigation est essentiellement présente dans les pays réputés agricoles mais dont les ressources hydriques sont faibles, comme le bassin méditerranéen, le Sud des Etats-Unis. Les plus grands projets de réutilisation ont été développés dans les régions de l'Ouest et de l'Est des Etats-Unis, l'espace méditerranéen, l'Australie, l'Afrique du Sud et dans les zones semi-arides de l'Amérique du Sud et de l'Asie du Sud [28].
 
 

Le secteur agricole

La majorité des projets de réutilisation des eaux usées concerne des utilisations agricoles. Pour ce secteur, la réutilisation des eaux améliore les rendements des cultures et apporte des bénéfices financiers.

Afin de garantir la protection de la santé publique, il est indispensable de mettre en place des normes et des réglementations strictes et adaptées à la spécificité des différentes cultures. Il existe deux grands groupes de normes : les recommandations de l'OMS (1989) et la réglementation californienne « titre 22 » (1978). L'objectif principal est d'éliminer les risques sanitaires. Ainsi, pour l'irrigation sans restriction, la pollution microbiologique des eaux usées utilisées doit, selon l'OMS, rester au-dessous de 1 000 coliformes fécaux (CF)/100 ml et moins de 1 oeuf d'helminthe/l. Le « Titre 22 » californien fixe des restrictions plus sévères, voire l'absence totale de germes-tests : moins de 2,2 coliformes totaux (CT)/100 ml. Dans certains pays, les normes sont draconiennes pour les végétaux destinés à la consommation. Ainsi, l'Afrique du Sud exige une qualité d'eau potable pour cette application ; l'état d'Arizona a introduit l'absence de virus comme nouveau paramètre microbiologique (Figure 3) [28].

Dans les pays où les normes existantes sont très sévères (Australie, Etats-Unis, certains pays du Moyen-Orient), un traitement secondaire est obligatoire, et parfois, en sus, un traitement tertiaire.
 
 

L'irrigation de cultures ou d'espaces verts est la voie la plus répandue de réutilisation des eaux usées urbaines. Au niveau mondial, c'est également la solution qui a le plus d'avenir à court et à moyen terme.

En France, l'abondance des ressources en eau ne favorise pas le développement d'une telle réutilisation des eaux usées. L'expérience actuelle se limite à des projets de faible taille (irrigation jusqu'à 320 ha), situés surtout dans les zones côtières de l'Atlantique (par exemple Pornic pour l'irrigation de golfs) et de la Méditerranée (par exemple Montpellier pour l'irrigation de cultures) [30].L'application qui connaît l'expansion la plus importante reste l'irrigation des golfs.

L'expérience de Mexico City apparaît comme le plus important projet de réutilisation des eaux usées au niveau mondial [31]. Presque 100 % des eaux usées brutes de la capitale mexicaine (de 45 à 300 m³/s par temps de pluie) sont réutilisées pour l'irrigation de plus de 85 000 ha de diverses cultures agricoles.
 
 

Aux Etats-Unis, la réutilisation agricole est une pratique très répandue. 34 états disposent de réglementations ou de recommandations, souvent très sévères. Ces mesures législatives, et plus de trente ans d'expérience, font des Etats-Unis un pays phare au plan mondial dans le domaine de la réutilisation des eaux usées. En Floride et en Californie, respectivement 34 % (340 000 m³/j) et 63 % (570 000 m³/j) du volume total d'eaux usées réutilisée le sont pour l'agriculture [32]. L'usine de réutilisation de West Basin (Californie) (capacité finale 270 000 m³/j), gérée par United Water Services, filiale de Suez Lyonnaise des Eaux, a développé le plus vaste programme de réutilisation basé sur des technologies de pointe et des usages diversifiés :

70 % de l'effluent sont réutilisés pour l'irrigation agricole après un traitement type Titre 22 (filtration tertiaire et désinfection),

une partie de l'eau traitée est destinée à la réutilisation industrielle après élimination complémentaire de la pollution azotée par la biofiltration Biofor,

une partie de l'effluent sert même à la production d'eau potable.

Après l'extension prévue de l'usine, celle-ci deviendra la plus importante des Etats-Unis [28].

Le secteur industriel

La réutilisation industrielle des eaux usées et le recyclage interne sont désormais une réalité technique et économique. Pour certains pays et types d'industries, l'eau recyclée fournit 85 % des besoins globaux en eau. Les secteurs les plus grands consommateurs en eau sont les centrales thermiques et nucléaires (eau de refroidissement) et les papeteries. La qualité de l'eau réutilisée est réglementée et dépend du type d'application ou de production industrielle. La part des eaux usées urbaines ne dépasse pas 15% du volume des eaux réutilisées en industrie. Aux Etats-Unis, par exemple, le volume des eaux résiduaires réutilisées en industrie est d'environ 790 000 m³/j, dont 68 % pour le refroidissement [28].

Le secteur urbain et périurbain

Réutilisation pour un usage non-alimentaire

Les usages urbains et périurbains des eaux usées correctement traitées se développent rapidement et deviennent un élément fondamental de la politique de gestion intégrée de l'eau dans les grandes agglomérations [30]. Plusieurs municipalités du Japon (pionnier des pays en voie de développement : 8 % du volume total des eaux usées réutilisées soit environ 8 millions de m³ par an) et des villes des Etats-Unis ont déjà construit des systèmes de distribution double : eau potable et eaux usées à réutiliser.

Les bénéfices obtenus sont importants. Il faut noter en premier, la réduction de la demande en eau potable qui peut atteindre 10-15 %, voire 40 % dans les zones résidentielles avec beaucoup d'espaces verts [33]. Les usages les plus courants sont l'irrigation d'espaces verts (parcs, golfs, terrains sportifs), l'aménagement paysager (cascades, fontaines, plans d'eau), le lavage des rues ou des véhicules et la protection contre l'incendie. Une autre application importante est le recyclage en immeuble avec, par exemple l'utilisation de l'eau ménagère traitée pour le lavage des sanitaires. Les normes qui régissent la qualité des eaux usées destinées à de tels usages sont très sévères et voisines à celles en vigueur pour l'eau potable.

Pour les usages urbains, l'Afrique du Sud et l'Australie sont les pays dont les normes sont les plus sévères. Ils exigent respectivement une qualité d'eau potable et l'élimination totale des virus. Dans ce cas, les filières de traitement se rapprochent de celles de production d'eau réutilisée pour des usages potables [28].

Réutilisation pour un usage alimentaire (eau « potable »)

Le progrès technologique du métier de l'eau permet de produire une eau de très bonne qualité, même à partir des eaux usées. De nombreuses études ont conclu à l'absence d'objection pertinente à la réutilisation des eaux résiduaires correctement traitées à des fins potables. Toutefois, les principales contraintes pour ce type d'usage sont psychologiques et culturelles associées à la perception de l'eau usée comme dangereuse et malsaine. De ce fait, la tendance principale aujourd'hui est l'usage indirect, après un séjour temporaire de l'eau usée traitée dans le milieu naturel. En fonction de la destination de l'eau réutilisée, ce type de réutilisation peut être classée soit dans la catégorie de réutilisation potable, soit pour des usages non potables. Dans le premier cas, il faut souligner l'impact psychologique très positif de ce détour par le milieu naturel qui permet à l'eau destinée à la réutilisation de perdre son identité d'eau usée [28].

DIFFERENTS NIVEAUX DE TRAITEMENT DES EAUX USEES AVANT REUTILISATION

En fonction des besoins spécifiques de la réutlisation, plusieurs niveaux de traitement peuvent être exigés (Figure 4).
 
 

Le choix des méthodes de traitement dépend de plusieurs facteurs dont les plus importants sont la qualité de l'effluent, le type de réutilisation, les exigences de qualité et de taille des installations. En fonction des conditions locales et des critères technico-économiques, différentes technologies extensives ou intensives peuvent être envisagées.

Les techniques extensives (lagunage, l'infiltration-percolation, l'infiltration dans les sols et les aquifères, les zones humides) sont bien adaptées aux conditions climatiques des régions tropicales et subtropicales. D'autre part, leur faible coût et l'exploitation relativement facile, leur confèrent des avantages non négligeables pour les pays en voie de développement [28].

Les technologies intensives (filtration, traitement physico-chimiques, membranes) et, en particulier, les procédés avancés de désinfection (chloration, irradiation UV, ozonation), sont plus compactes et garantissent une meilleure qualité de l'eau produite [30] [34]. Leur implantation permet d'assurer une meilleur protection de l'environnement et de nouvelles applications dans les zones urbaines. Mais elles sont plus coûteuses.
 
 

Le Tableau 2 résume plusieurs modes de traitements recommandés pour les différents types de réutilisation des eaux usées.
 
 

Production directe et indirecte d'eau potable a partir d'eaux usées

Production directe

L'unique exemple historique de production directe d'eau potable à partir des eaux usées est celui de l'usine de Windhoek, en Namibie [35].

Plusieurs projets de démonstration de production directe d'eau potable à partir des eaux résiduaires urbaines ont été menés à Denver aux Etats-Unis, à Capetown en Afrique du Sud, à Sao Paolo au Brésil et à Mexico City [30]. Selon différentes études, la qualité de l'eau produite aux Etats-Unis à partir d'effluents secondaires est meilleure que celle de bien des ressources naturelles de surface [32]. Les études épidémiologiques indiquent l'absence de risques microbiologiques et toxicologiques.
 
 

Production indirecte

Le stockage intermédiaire des eaux usées (en partie assainies) peut s'effectuer dans des nappes phréatiques, des lacs ou des réservoirs artificiels. Le taux de dilution des eaux usées réutilisées avec l'eau des ressources naturelles varie de 16 à 40 %. Aucun impact négatif sur la santé humaine de ce type d'eau réutilisée n'a jamais été détecté.

Le premier objet de production indirecte d'eau potable à partir des eaux usées en Europe a été mis en place en 1997 dans la région d'Essex (Grande Bretagne) par la société Essex & Suffolk Water. Plus de 35 000 m³/j d'eaux usées traitées sont mélangées aux eaux de surface (taux de dilution maximale de 37 %) et envoyés dans le réservoir d'eau potable d'Hanninglied. Un suivi rigoureux de la qualité des eaux réutilisées a été mis en place (virus, oestrogènes), complété par de nombreuses études d'impacts sur l'environnement et la santé publique [28].
 

EVALUATION ECONOMIQUE DES FILIERES DE REUTILISATION DES EAUX USEES

L'analyse économique porte sur la valeur des fonds investis pour la construction et l'exploitation d'un projet de réutilisation, mesurée en termes financiers et calculée sur la base actuelle des prix. Seul le coût marginal du recyclage des eaux usées (traitement supplémentaire, stockage et distribution) doit être inclus (à l'exclusion du coût de collecte et de traitement des eaux usées). distribution) doit être inclus (à l'exclusion du coût de collecte et de traitement des eaux usées).
 
 

La Figure 5 montre les éléments constitutifs du coût total de la réutilisation de l'eau. Sont compris les coûts de collecte de l'effluent secondaire, du traitement supplémentaire et du stockage, du réseau de distribution et de tous les raccords. La répartition entre les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation et maintenance varie d'un projet à l'autre et dépend des procédés de traitement mis en oeuvre.
 
 

Les coûts sont également fortement influencés par les contraintes locales : prix du site de construction, distance entre le site de production et les consommateurs, nécessité de doubler ou d'aménager le réseau [36]. Les deux dernières contraintes sont primordiales car dans de nombreux projets l'investissement principal est dû au réseau de distribution à mettre en place.
 
 

Richard [37] a analysé l'influence de la capacité de l'installation sur l'investissement pour le traitement secondaire classique (boues activées) et différents post-traitements (Figure 6). Il s'avère que plus l'installation produit d'eau potable, plus les coûts d'investissement des post-traitements sont élevés. A noter que la mise en pratique de la réglementation « titre 22 » est la plus onéreuse. L'investissement pour la filtration tertiaire et la désinfection, ou même pour un traitement complet « titre 22 » de coagulation-floculation, filtration et désinfection ne dépassait pas 30 à 40 % de l'investissement exigé pour le traitement secondaire. Des dépenses nettement supérieures sont nécessaires si l'on utilise des filtres à charbon actif (CAG) ou l'osmose inverse (OI).
 
 

Figure 6: investissement estimé pour les installations de traitement d'eaux usées recyclées, en $ (1996)[29]
 
 

Sur la base de l'expérience des tats-Unis (Figure 7), le coût total annualisé du traitement d'eaux résiduaires brutes jusqu'à la production d'une eau recyclable en irrigation varie de 0,43 à 1,10 $/m³. La part des coûts d'exploitation et maintenance, comparée à l'amortissement du capital dans le coût total, dépend de la technologie de traitement. Elle est plus forte pour les procédés haute technologie (CAG et OI) que pour le traitement secondaire, avec ou sans filtration tertiaire et désinfection. D'importantes économies d'échelle peuvent être réalisées pour les grandes installations de recyclage : le coût total pourrait être réduit de moitié lorsque le débit de l'installation passe de 4 000 à 20 000 m³/j ou de 50 000 à 200 000 m³/j.
 
 

Il faut souligner que le coût unitaire d'une eau usée recyclée dépend non seulement du débit de l'installation et de la chaîne de traitement, mais aussi de la composition de l'eau usée, des exigences de qualité finale et d'autres conditions locales (coûts de l'énergie, de la main-d'oeuvre, etc.) [29].

Le coût du réseau de distribution reste un élément important du coût de l'eau recyclée. Il peut atteindre 70 % du coût total en fonction des conditions spécifiques du site. La construction de nouveaux réseaux est moins chère que l'aménagement de réseaux existants. On rapporte des valeurs allant de 0,06 $/m³ en Arabie Saoudite [38], à 0,14 et 0,36 $/m3 respectivement dans la région de Dan et à Jérusalem, Israël [39].
 
 

CONCLUSION

La réutilisation des eaux usées est une technique en pleine expansion, principalement associée à l'agriculture. De nombreuses solutions techniques permettent de répondre aux normes de réutilisation existantes, en particulier aux directives de l'OMS sur l'irrigation restreinte et sans restrictions.

Dans les pays où les réserves actuelles d'eau douce sont, ou seront prochainement, à la limite du niveau de survie, le recyclage des eaux usées semble être la technique alternative la plus abordable, tant au niveau financier (les traitements extensifs sont les plus adaptés) qu'au niveau technique pour les réutilisations agricoles, industrielles et urbaines ne nécessitant pas une eau de qualité potable.

Seul doit être considéré le coût marginal de recyclage des eaux usées, à l'exclusion du coût de la collecte et du traitement des eaux usées. Ainsi, le coût supplémentaire pour la réutilisation d'eaux usées à des fins d'irrigation, par exemple, ne représente qu'une faible partie - environ 30 % - du coût total du traitement classique avec rejet des eaux usées dans le milieu naturel.

Les avantages de la réutilisation et du recyclage des eaux usées sont reconnus par de nombreux pays ; ils sont inscrits dans leurs schémas directeurs de l'eau et dans leur politique nationale.
 

REFERENCES

[27] : A. Landreau, « 4^e conférence internationale sur la planification et la gestion des eaux », Marseille, p.16, mai 1982.
 
 

[28] : V. Lazarova (CIRSEE - Lyonnaise des Eaux) et al., « La réutilisation des eaux usées : un enjeu de l'an 2000 » ; « L'eau, l'industrie, les nuisances », n°212, pp.39-46, mai 1998.
 
 

[29] : V. Lazarova (CIRSEE - Lyonnaise des Eaux), « Rôle de réutilisation des eaux usées pour la gestion des ressources:  coûts, bénéfices et défits technologiques » ; « L'eau, l'industrie, les nuisances », n°227, pp.47-57, août 1999.
 
 

[30] : P. Renaud et al., « Wastewater reuse » ; « International Report - 21^st World Congress », Madrid, Espagne, sept.1997 in [29].
 
 

[31] : B. Jiménez-Cisneros et A. Chavez-Mejia, « treatment of Mexico City wastewater for irrigation purposes », Env. Techn., 1997 in [28].
 
 

[32] : R.R. Wright et T.M. Missimer, « Reuse : the experience 1 trend direction. » Int. Desalination et Water Reuse, 1995 in [28].
 
 

[33] : K. Miller, « US Water Reuse : current status and future trends », Wat. Env. Technology, nov.1990 in [28].
 
 

[34] : V. Lazarova et al., « Wastewater reuse : technical and economic evaluation of disinfection processes », Proc. Conf. Beneficial reuse of water and solids, Marbella, Espagne, avril 1997 in [28].
 
 

[35] : J. Haarhoff et B.V. Van der Merwe, « twenty-five years of wastewater reclamation in Windhoek », Namibia, Wat. Sci. Tech., 1996 in [28].
 
 

[36] : M. Aussoleil, « La réutilisation des eaux usées comme élément de planification des eaux - La technique de l'eau et de l'assainissement », 1983 in [28].
 
 

[37] : D. Richard et al., « A systematic approach to estimating wastewater reclamation costs in california », Proc. WEF 66^th annual conference, Anaheim, Californie, oct.1993 in [29].
 
 

[38] : M.S. Al-A'ma et G.F. Nakhla, « Wastewater reuse in Jubail », Saudi Arabia. Wat. Res., 1995 in [29].
 
 

[39] : G. Shelef, « Wastewater reclamation and water resources management ». Wat. Sci. Tech., 1991, in [29].
 
 
 

(*) extrait de:
 
 

ECOSSE D. (2001) - Techniques alternatives en vue de subvenir à la pénurie d'eau dans le monde. Mém. D.E.S.S. « Qualité et Gestion de l'Eau », Fac. Sciences, Amiens, 62 p.
 
 

adresse de l'auteur:

ecosse.david@caramail.com