Optimisation de la qualité de l'eau potable

Usines de production d'eau potable

 

La filière de traitement d’une usine moderne comprend plusieurs étapes telles que la filtration membranaire, l’adsorption sur charbon actif, l’ozonation et la chloration. Les interactions entre les paramètres fonctionnels des étapes de traitement et la qualité physico-chimique de l’eau sont complexes. Modéliser ces interactions afin d’optimiser le contrôle du processus conduirait à des résultats concrets mesurables en termes de la qualité de l’eau produite et les coûts de fonctionnement.

 

Qualité de l’eau potable produite

 

Grâce à une excellente application de l’état de l’art technique, le risque d’attraper une maladie infectieuse en buvant de l’eau du robinet est presque zéro. Il n’y a pas de problème.

Pourtant, l’augmentation constante du nombre et de la quantité de produits chimiques anthropogènes dans l’eau est devenue préoccupante. Pour faire face à cette évolution, des investissements de l’ordre de centaines de millions de francs sont prévus dans le canton de Vaud. De plus, l’échantillonnage et l’analyse réguliers servent à vérifier le respect des valeurs limites pour un grand nombre de produits phytosanitaires et de micropolluants.

Les exigences chimiques relatives à l’eau potable décrites dans l’annexe 2 de l’Ordonnance du DFI sur l’eau potable et l’eau des installations de baignade et de douche accessibles au public (OPBD, RS 817.022.11) comprend une liste de 57 substances. Parmi les substances figurantes sur cette liste sont des sous-produits de désinfection.

Des sous-produits de désinfection sont produits lors de la chloration de l’eau. Ce problème est connu depuis plus de 40 ans et reste un sujet d’étude et de débat au niveau international. Trois exemples des nombreuses publications scientifiques récentes sont :

 

• Chavez et. al. (2019). Review : Hazard and mode of action of disinfection by-products (DBPs) in water for human consumption: Evidences and research priorities. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. Volume 223, September 2019, Pages 53-61. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2019.05.015

• von Gunten, U. (2018). Oxidation processes in water treatment: are we on track? Environmental Science and Technology, 52(9), 5062-5075. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b00586

• Tang et. al. (2020). Bibliometric review of research trends on disinfection by-products in drinking water during 1975–2018. Separation and Purification Technology. Volume 241, 15 June 2020, 116741. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116741.

Projet de construire une nouvelle usine de production d’eau potable – Saint Sulpice II

 

La Municipalité de Lausanne se fixe pour objectif la construction d’une nouvelle usine avec une capacité nominale de production de 1,5 m³.s^-1 d’eau potable à partir du Léman. Etant donné la qualité de l’eau du Léman, il serait prudent d’étudier des sources et des technologies alternatives d’approvisionnement de la population en eau.

Remarques sur Saint Sulpice II

Un changement de perspective

 

Le service de l’eau de la ville de Lausanne a un problème. Ce service est en manque de ressources en eau. Pourtant, le canton de Vaud est riche en sources d’eau d’excellente qualité. Comment se fait-il qu’une ville située dans le « château d'eau de l'Europe » manque des ressources en eau à tel point qu’elle doit construire une nouvelle usine de potabilisation qui est comparable en termes de complexité technique et de coûts de construction et de fonctionnement à une usine de désalinisation de l’eau de mer? On comprend facilement qu’un tel investissement est nécessaire à Dubaï, mais en Suisse?

 

La mission que la ville de Lausanne a confiée au service de l’eau est à l'origine du problème. À partir de ses quelques sources naturelles et de ses usines de potabilisation de l’eau du lac Léman, le service de l’eau de Lausanne doit fournir de l’eau à environ 350 000 consommateurs et le nombre de consommateurs est en augmentation. Pourtant, seuls 151 000 d'entre eux (43 %) sont Lausannois [1]. Le sujet de la fourniture d’eau concerne donc une grande partie de la population vaudoise qui n’est pas lausannoise.

 

Il y a plus de 50 ans, le service de l’eau de Lausanne s’est engagé dans la construction de stations de potabilisation de l’eau du lac Léman. Aujourd'hui, il existe une étrange inertie institutionnelle qui cherche à renforcer cet engagement et à écarter les alternatives qui pourraient bénéficier à tout le canton. Un changement de perspective serait utile. Il est temps de réfléchir à des solutions moins centrées sur les besoins de Lausanne et davantage sur les besoins et les opportunités de l'ensemble des habitants du canton.

 

Compte tenu de la mauvaise qualité de l’eau du lac Léman, de la bonne qualité d’autres sources dans le canton et des coûts énergétiques et de fonctionnement du projet lausannois, il est urgent de faire une pause et de réaliser des études approfondies au niveau cantonal. Oui, produire de l’eau est nécessaire. Pourtant, la qualité des sources, la qualité de l'eau produite, l'efficacité économique et énergétique, le cycle de vie du processus et l'implication d'entreprises locales sont des critères importants pour sélectionner la solution technique.

 

Des sources et des technologies alternatives

 

L’usine de production de l’eau potable de Saint Sulpice est située à proximité du point de décharge des effluents de la plus grande station d'épuration (STEP) du lac Léman ainsi qu’à l’embouchure d’une rivière qui est l’une des plus grandes sources de pollution du lac Léman. En plus, la qualité de l’eau du lac est dégradée par des micropolluants, des déchets plastiques, et la présence d’algues. Des sources alternatives existent dans le Jura (p. ex. le lac de joux), le Jorat et dans les préalpes (p. ex. le lac de l'hongrin).

 

Le budget général de construction de la nouvelle usine de filtration Saint Sulpice II est estimé à CHF 125 millions (source : Préavis de la Municipalité de Lausanne Nº 2022 / 09 du 7 avril 2022). Logiquement, le coût de la mise à niveau de l’usine de Lutry au niveau de performance de l’usine de Saint Sulpice II doit être ajouté à cette estimation. De plus, les coûts de l’énergie, de fonctionnement, et de l’extension du réseau de distribution doivent être inclus dans l’évaluation économique du projet. Etant donné le coût élevé du projet, la rareté actuelle et future de l’énergie, la qualité relativement basse de l’eau du lac Léman, et des nouvelles préoccupations concernant les sous-produits de désinfection au chlore, consacrer plusieurs millions de francs pour étudier des sources et des technologies alternatives semble être une voie prudente.

 

L’introduction de la désinfection au chlore il y a 125 ans a résolu de nombreux problèmes de contamination microbiologique de l’eau. Récemment, la désinfection aux rayons UV, sans chlore, s’est établie. Par exemple, l’association Intercommunal d’amenée d’eau d’Echallens et environs (AIAE) fournit de l’eau potable sans ajouter de chlore [2]. La ville de Zurich obtient 70% de son eau du lac et renonce généralement à la chloration [3]. La filtration membranaire élimine de nombreux polluants et microbes. Le coût énergétique de la filtration membranaire dépend de la pression transmembranaire, qui à son tour dépend du type de membrane utilisée. En raison de la pression transmembranaire de 11 à 13 bars requise [4], le coût énergétique de la nanofiltration (NF) est environ 10 fois supérieur à celui de l’ultrafiltration (UF). Compte tenu de ces observations, une chaine de traitement possible est : UF -> charbon activé -> désinfection UV (à différents points dans le réseau de distribution).

 

Les décisions prises à l’égard de l’usine de potabilisation SSII mettront le canton sur un chemin qui durera des centaines d’années. C’est maintenant le moment d’étudier une stratégie d’approvisionnement en eau à long terme en considérant un réseau cantonal intégré, la qualité des sources d’eau brute, la consommation d’énergie, la santé humaine et les préférences des consommateurs de l’eau.

 

1. https://www.lausanne.ch/officiel/administration/securite-et-economie/eau/publications/rapport-annuel.html

2. https://aiae.ch/wp-content/uploads/2022/04/Article-de-lEcho-du-Gros-de-Vaud-du-14-avril-2022.pdf

3. https://www.stadt-zuerich.ch/dib/de/index/wasserversorgung/trinkwasser.html

4. Essais pilotes réalisés sur l’Usine de Production d’Eau Potable de Saint-Sulpice entre 2014 et 2017, Rapport essais pilotes, 2018 Service de l’Eau – Ville de Lausanne. p. 187. 

Des réseaux neuronaux pour améliorer la qualité de l’eau produite

 

Un modèle numérique établit les relations entre les paramètres d'entrée dans un système de traitement de l’eau, les paramètres de fonctionnement, et les paramètres des sortants.  Par exemple, un modèle permet de prédire la qualité de l’eau sortante en fonction de la qualité physico-chimique variable de l’eau entrante et les paramètres électromécaniques de l’usine de traitement. Les modèles numériques sont des outils essentiels à l’optimisation de processus. La stratégie de modélisation numérique dite « réseau neuronal » a déjà démontré des avantages pour l’identification de systèmes complexes et non-linaires tels que le processus de production de l’eau potable. Par exemple, Godo-Pla et. al. ont développé un modèle prédictif à réseau neuronal qui est utile aux opérateurs pour le dosage d’oxydant. Par rapport aux stratégies de modélisation existantes, cette stratégie pourrait permettre des gaines importantes en efficacité.

 

1. Lluís Godo-Pla, Pere Emiliano, Fernando Valero, Manel Poch, Gürkan Sin, Hèctor Monclús. Predicting the oxidant demand in full-scale drinking water treatment using an artificial neural network: Uncertainty and sensitivity analysis, Process Safety and Environmental Protection, Volume 125, 2019, Pages 317-327.