Qu’est-ce que l’eau potable ?

Avec une crise mondiale de l’eau potable à l’horizon, les technologies anciennes et nouvelles tirent le meilleur parti des ressources en eau existantes

« L’eau potable » signifie simplement l’eau qui est sûre à boire, et elle devient plus rare dans le monde. Une utilisation croissante met à rude épreuve les ressources en eau douce dans le monde entier, et une liste apparemment sans fin de contaminants peut transformer une eau autrefois potable en un danger pour la santé ou simplement la rendre inacceptable sur le plan esthétique.

Sur les plus de 2 milliards de personnes qui n’ont pas d’eau potable à domicile, 844 millions n’ont même pas de service d’eau potable de base, dont 263 millions qui doivent parcourir 30 minutes par trajet pour aller chercher de l’eau. Environ 159 millions boivent de l’eau de surface non traitée. L’eau potable insalubre est une cause majeure de maladies diarrhéiques, qui tuent environ 800 000 enfants de moins de 5 ans par an, généralement dans les pays en développement, mais 90 pays ne devraient pas atteindre l’objectif de couverture universelle d’ici 2030.

Qu’est-ce qui rend l’eau impropre à la consommation ?

L’Organisation mondiale de la santé (OMS) organise la contamination de l’eau potable comme étant organique, inorganique, radiologique et microbiologique, et inclut des mesures d’acceptabilité du goût, de l’odeur et de l’apparence.

• Les contaminants organiques sont des produits chimiques à base de carbone, y compris les solvants et les pesticides, qui sont introduits par le ruissellement agricole ou les rejets industriels. Ils peuvent être responsables d’une série de problèmes de santé graves allant du cancer à la perturbation des fonctions endocriniennes.
• Les menaces radiologiques comprennent le radon, le césium, le plutonium et l’uranium. En Amérique du Nord, le radon est la principale cause de cancer du poumon chez les non-fumeurs et la principale cause environnementale de mortalité par cancer en général.
• Les polluants inorganiques, tels que les acides minéraux, les sels inorganiques, les métaux, les cyanures et les sulfates, persistent dans l’environnement. Les métaux lourds peuvent provoquer des problèmes neurologiques chez l’homme, notamment chez le fœtus et les enfants, et sont également bio-accumulés dans certains aliments. L’arsenic peut provoquer des cancers, des lésions cutanées, des maladies cardiovasculaires, le diabète et des troubles cognitifs. Les efflorescences algales provenant de nutriments tels que le phosphore et l’azote peuvent également introduire des cyanotoxines dans l’eau potable.
• Les agents pathogènes d’origine hydrique, notamment les bactéries, les virus, les protozoaires et les parasites, sont généralement introduits dans l’eau par les matières fécales et peuvent provoquer toute une série de maladies allant de la gastro-entérite légère à la diarrhée potentiellement mortelle, la dysenterie, l’hépatite, la fièvre typhoïde, le choléra et la cryptosporidiose. Des millions de personnes sont également infectées par des maladies tropicales d’origine hydrique qui incluent le trachome, la cause la plus courante de cécité évitable.

Les contaminants dits « émergents » ou « contaminants de préoccupation environnementale émergente », qui incluent les produits pharmaceutiques introduits par les eaux usées et les eaux de ruissellement des exploitations d’élevage, menacent également l’eau potable.

La turbidité (manque de clarté causé par des particules mélangées) peut donner à l’eau un goût, une odeur ou un aspect inacceptable. Que l’eau turbide soit nocive ou simplement inesthétique dépend de la matière présente. Pour un traitement efficace de l’eau potable, il est important d’analyser soigneusement l’eau de source, puis d’adapter le traitement aux conditions et aux normes spécifiques de l’eau.

Traitement de l’eau pour sa potabilité

De nombreux procédés de traitement de l’eau éprouvés par le temps sont encore utilisés aujourd’hui dans les étapes de traitement primaire. L’histoire du traitement de l’eau remonte à des milliers d’années, jusqu’à la civilisation minoenne, vers 1700 avant notre ère, et aux anciens Égyptiens, qui ont été les premiers à utiliser la floculation et la sédimentation de l’alun pour clarifier l’eau vers 1500 avant notre ère.

La sédimentation consiste à permettre aux particules d’une eau trouble de se déposer. L’alun et d’autres additifs « collants » connus sous le nom de polyélectrolytes aident le processus de sédimentation par floculation, ou en collant les particules ensemble en « flocs ». La floculation et la sédimentation avec des clarificateurs sont courantes dans les usines de traitement de l’eau.

La compréhension de la microbiologie qui est venue avec le travail du Dr John Snow et de Louis Pasteur dans les années 1800 a eu de grandes implications pour le traitement de l’eau. La recherche a établi un lien entre la turbidité et les agents pathogènes, et les filtres à sable ont été utilisés pour la première fois pour le traitement d’un approvisionnement en eau public en 1829 à Londres. Les systèmes municipaux d’approvisionnement en eau aux États-Unis ont suivi le mouvement au début des années 1900, et le processus de filtration avec des couches de sable, de gravier et de charbon de bois reste très répandu aujourd’hui.

Mais les désinfectants comme le chlore en Amérique et l’ozone en Europe ont joué le plus grand rôle dans la fin des épidémies de maladies hydriques comme la typhoïde, la dysenterie et le choléra. Aujourd’hui, les services municipaux d’approvisionnement en eau procèdent systématiquement à une préchloration pour empêcher la prolifération d’algues et la croissance biologique, ou à une chloration lors des dernières étapes du traitement de l’eau. La chloration associée à l’aération est également utilisée pour éliminer le fer dissous, et l’aération élimine efficacement les composés organiques volatils (COV). Les autres méthodes de désinfection comprennent les rayons ultraviolets (UV) et l’ajustement du pH.

Traitements modernes de l’eau

À l’époque moderne, les progrès technologiques se sont appuyés sur les fondements des traitements plus anciens. Par exemple, les procédés aérobies ont longtemps été le pilier du traitement des eaux usées, en particulier pour les eaux usées et autres flux de déchets à forte teneur en matières organiques ou biodégradables. Dans les procédés aérobies, les micro-organismes qui se développent dans une eau oxygénée décomposent les contaminants organiques et éliminent les nitrates.

Le traitement aérobie le plus récent et le plus efficace se trouve dans le réacteur à biofilm aéré par membrane (MABR), qui utilise jusqu’à 90 % d’énergie en moins pour l’aération, l’étape la plus énergivore du traitement biologique. Dans le MABR, la nitrification et la dénitrification simultanées ont lieu dans un seul réservoir qui contient une membrane perméable à l’air enroulée en spirale. L’aération se fait à une pression proche de la pression atmosphérique. Le MABR, qui se distingue par la qualité élevée de ses effluents et par les économies d’énergie qu’il permet de réaliser, est disponible pour moderniser les installations existantes, ainsi que sous forme de petits systèmes intégrés adaptés aux stratégies de traitement décentralisé. La décentralisation place des usines plus petites près du point d’utilisation, ce qui élimine le besoin d’énormes usines régionales et les réseaux de canalisations coûteux qui sont financièrement hors de portée pour de nombreuses régions.

D’autres procédés de purification de l’eau qui utilisent des membranes ont fait des progrès importants depuis les années 1970 et 1980, notamment dans la filtration par osmose inverse. La filtration moderne par osmose inverse (OI) est réalisée en forçant l’eau sous pression à travers une membrane semi-perméable au niveau moléculaire pour exclure les solutés indésirables.

L’une des façons courantes d’utiliser l’OI dans la production d’eau potable est le dessalement. Les progrès réalisés au milieu des années 2010 ont augmenté sa rentabilité énergétique et économique. Les usines de dessalement modernes produisent environ 50 % de l’eau potable d’Israël. Des taux de récupération plus élevés et une moindre consommation d’énergie et de produits chimiques ont rendu le dessalement beaucoup moins coûteux. Désormais, le dessalement est disponible dans des options Smart Packaged évolutives et rapidement déployées, adaptées à la décentralisation.

La digestion anaérobie, un processus de traitement biologique qui repose sur des microbes qui prospèrent en l’absence d’oxygène, est désormais utilisée pour éliminer les matières organiques et les contaminants organiques à l’état de traces (COT) générés par l’activité humaine. Les COT s’accumulent par bioamplification et bioaccumulation dans les organismes et causent des dommages irréversibles chez les humains et les animaux en perturbant les systèmes endocriniens et en provoquant des tumeurs.

Lors du processus de digestion anaérobie, les micro-organismes décomposent les composés organiques, créant un biogaz qui est principalement du méthane. Des systèmes de valorisation énergétique des déchets peuvent également être installés pour collecter le méthane et l’utiliser pour produire de l’énergie.

L’échange d’ions, un processus chimique qui échange les ions dissous indésirables contre des ions de charge similaire, est largement utilisé pour la potabilisation dans des processus comprenant l’adoucissement de l’eau, la déminéralisation, la désalcalinisation, la déionisation et la désinfection. Les résines échangeuses d’ions spécialisées ciblant des contaminants spécifiques comme les nitrates, le perchlorate et l’uranium sont également devenues de plus en plus populaires pour la production d’eau potable.

L’avenir de l’eau potable

La demande en eau douce dans le monde devrait augmenter de 55% entre 2000 et 2050, et récemment, des scientifiques de la NASA ont déterminé que les ressources en eau douce sont utilisées plus rapidement qu’elles ne se reconstituent. Jay Famiglietti, hydrologue principal à la NASA, a mis en garde : « La nappe phréatique baisse partout dans le monde. Il n’y a pas d’approvisionnement infini en eau. »

L’eau potable est fondamentale pour la vie humaine, et nous pouvons nous attendre à ce qu’elle soit un problème croissant dans un avenir prévisible.