DOSSIER LE CYCLE DE L’EAU

de la source au robinet

LE CYCLE NATUREL DE L’EAU

LE CYCLE ANTHROPIQUE DE L’EAU

LE TRAITEMENT DES EAUX APRES CAPTAGE

L’EAU POTABLE

LE STOCKAGE DE L’EAU

LES BESOINS EN EAU POTABLE

LE TRAITEMENT DE L’EAU DURE

LE TRAITEMENT DES EAUX USEES

! ! ! ! !

1

LE CYCLE DE NATUREL DE L’EAU

Sur Terre, la quantité d'eau est immense. On la trouve dans les mers, lacs et rivières, mais aussi dans les glaciers en montagne, et même dans l'air.

A chaque fois, elle se présente sous une forme différente. L'eau de la mer par exemple est liquide. Dans les montagnes, ou sur la banquise, elle est solide. Lorsqu'elle s'évapore, elle devient gazeuse. Et finalement, c'est depuis toujours que l’eau poursuit le même chemin, en passant par ces trois états : solide, liquide et gazeux. Cette transformation s'appelle « le cycle de l'eau ».

Les étapes du cycle de l’eau

1 / Tout d'abord, il y a l'EVAPORATION. C'est lorsque la chaleur du soleil fait évaporer l'eau qui se trouve à la sur-face des océans, des lacs et des rivières. Ainsi, l'eau est envoyée dans l'atmosphère sous forme gazeuse : c'est la vapeur d'eau. Mais l'évaporation peut aussi comporter une eau un peu particulière qui provient de la transpiration des plantes, ou encore des sols où l'eau de la pluie s'est infiltrée. Et dans ce cas, cette évaporation est appelée ÉVAPOTRANSPIRATION.

2 / La deuxième étape est la CONDENSATION. C'est en fait lorsque la vapeur d'eau qui provient de l'évaporation et de l'évapotranspiration s'élève dans les airs. Mais plus la vapeur monte, plus il fait froid, et elle se transforme en nuage.

3 / Viennent ensuite les PRECIPITATIONS, c'est-à-dire la pluie. Lorsque les nuages sont trop chargés, ils éclatent et libèrent la pluie. Mais si la température est très basse, c'est alors de la neige que l'on voit tomber du ciel.

4 / Lorsque la pluie tombe, elle peut avoir deux parcours une fois arrivée sur terre et c'est ce que l'on appelle l'écoulement. Soit l'eau coule sur le sol jusqu'à atteindre des eaux de surface (comme un lac par exemple), dans ce cas, c'est le RUISSELLEMENT. Soit elle entre dans des roches ou des sols perméables, et cela s'appelle l'INFILTRATION.

Et elle n'a plus qu'à attendre de s'évaporer à nouveau !

2

1

LE CYCLE ANTHROPIQUE* DE L’EAU

*Causé par l’homme.

1) La productionL'eau est un don du ciel. Elle se stocke naturellement sous 2 formes : les eaux de surface et les eaux souterraines.

2) Protection des points de captageCertaines activités se déroulant près d'un captage sont réglementées afin d'éviter toute source de pollution.

3) Le traitementQuelle que soit leur provenance, il est rare que les eaux prélevées dans le milieu naturel puissent être distribuées sans traitement. Les eaux souterraines doivent être généralement soumises à une aération. L'ajout de chlore en quantité infinitésimale garantit une bonne qualité bactériologique de l'eau jusqu'au robinet. Les eaux de surface sont les plus exposées à la pollution et nécessitent donc un traitement plus élaboré.

4) Le stockageLa demande en eau varie au cours de la journée. Aussi, pour qu'on puisse en disposer 24h/24, elle est stockée dans les châteaux d'eau et réservoirs.

5) Le contrôle de l'eauDepuis les points de captage, des contrôles stricts sont opérés tout au long de la filière de la production et de la distribution assurant ainsi une eau de qualité parfaitement potable au robinet.

6) La distributionCette appellation regroupe toutes les activités nécessaires pour acheminer et distribuer l'eau jusqu'au robinet.

7) L'épurationAprès l'utilisation de l'eau, il faut la rejeter. L'eau du bain ou de la vaisselle doit être évacuée. Les égouts rassemblent les eaux usées et polluées vers les collecteurs qui sont posés le long des cours d'eau en fond de vallée. Ensuite, ceux-ci acheminent les eaux sales vers les stations d'épuration où elles sont assainies avant d'être rejetées propres mais non potables dans le milieu naturel.

3

2

LE TRAITEMENT DES EAUX APRES CAPTAGE

Le captage :

C’est l’action de recueillir, canaliser des eaux. Celui-ci s’effectue dans différents milieux, à savoir :-          Rivières, mers, océans, sources, lacs, étangs, puits, …-          Réservoirs d’eau de pluie ( citerne ).  La décantation : ( le décantage )

C’est l’action d’épurer les eaux, c’est à dire séparer le liquide des matières solides qu’il contient ( le débarrasser de ses impuretés ). Il existe deux procédés :-          Les décanteurs chimiques : Apport d’un réactif chimique qui a pour but de coaguler les particules en suspension dans l’eau, d’où création de flocons qui se regroupent après brassage lent de l’eau.-          Les décanteurs statiques : L’eau au repos dépose au fond, par l’action de la pesanteur, les particules en

suspension. 

La filtration :

Opération qui consiste à tamiser l’eau. C’est le passage de l’eau à travers un corps poreux ou perméable ( en l’occurrence une couche de sable ).  La stérilisation :

Opération qui consiste à détruire les germes contenus dans l’eau de façon à la rendre consommable. Il existe deux procédés :-          La javellisation : Mélange proportionnel de chlore à l’eau filtrée.-          L’ozonisation : La décomposition de l’ozone ( O3 provoque une action violente contre les micro- polluants, jusqu’à leur destruction ).

4

!

3

L’EAU POTABLEIl n'existe pas de définition précise de l'eau potable. Les eaux satisfaisantes pour l'alimentation humaine peuvent être de compositions sensiblement différentes. Par contre, pour être potable, l'eau doit être exempte de certains défauts. Elle doit être agréable au goût, sans couleur ni odeur et ne pas être agressive. Si l'eau a été traitée par le chlore ou des dérivés, elle ne doit pas laisser subsister plus de 0,10 mg de chlore au litre. Une eau potable ne doit contenir aucun germe pathogène. Des analyses faites par des laboratoires spécialisés agréés par le ministère de la Santé, tant du point de vue physique que chimique et bactériologique, donnent toutes les indications utiles sur les qualités de l'eau. Les analyses sont faites sur des prélèvements effectués à la source, mais également en divers points du réseau.

L’eau est dite potable, lorsqu’elle est consommable. Pour cela, il faut qu’elle possède certaines qualités :

Qualités physiques : Elle devra être fraîche (température 9 °C < < 12 °C), limpide, incolore, inodore, agréable au goût.

Qualités chimiques :         

Dureté de l’eau ( Titre hydrotimétrique ) : L’unité de mesure est le degré Français °F ( 1 °F correspond à 10 mg de calcaire ou carbonate de calcium, par litre d’eau ). C’est la teneur en sels minéraux ( de calcium ou de magnésium ) contenus dans l’eau. Elle doit être comprise entre 12 et 15 °F. Une eau est dite entartrante quand son TH est supérieur à 15 °F. Pour la consommation, l’eau doit avoir un TH 15 °F.

Acidité de l’eau : Sa teneur en gaz carbonique et anhydride carbonique est caractérisée par la notion de pH. Celle-ci doit être comprise entre 6,8 < pH < 7,6.L’eau neutre à un pH de 7 :Ø      Si pH < 7, l’eau est acide et agressive ( attaque les canalisations ).Ø      Si pH > 7, l’eau est basique, calcaire et entartrante.

Qualités bactériologiques : Une eau potable doit être exempte de toute présence microbienne ou virale.

Eléments rencontrées dans les eaux : -          Matières en suspension.-          Matières en émulsion.-          Matières organiques solubilisées.-          Organismes vivants d’origine animale, végétales, bactérienne.-          Gaz ( Oxygène, azote, gaz carbonique ).-          Sels minéraux ( carbonates, bicarbonates de calcium, phosphates, sulfate de chlorure de sodium ).

5

4

Exemple de fiche d’analyse de l’eau

6

Qualité d’une eau potable : Environ 60 paramètres sont contrôlés : ( exemples ) Eléments Naturels : Magnésium ( Mg ) 125 mg / l Chlorures ( Cl )250 mg / l Sulfates ( SO4 ) 250 mg / l Nitrates ( N )10 mg / l Eléments toxiques : Plombs ( Pb )0,05 mg / l Fluorures ( F )1,01 mg / l Arsenic ( AS ) 0,05 mg / l Chrome néant Cyanuresnéant Eléments indésirables : Cuivre ( Cu )0,05 mg / l Fer ( Fe )0,1 mg / l Manganèse ( Mn )0,05 mg / l Zinc ( Zn )5,00 mg / l Phénol0,001 mg / l Les concentrations de ces différents éléments doivent être inférieures aux valeurs indiquées.

LE STOCKAGE DE L’EAU

Le But :Emmagasiner l’eau pour régulariser la distribution. Les réservoirs se remplissent aux heures creuses et fournissent l’appoint aux heures de grande utilisation. Capacité des réservoirs :Elle doit correspondre à une réserve de 2 à 3 jours de consommation. Celle-ci étant d’environ 150 l par habitant et par jour dans les villes petites et moyennes. Cette consommation peut atteindre 300 l. Il faut également prévoir en plus 120 m3 pour l’incendie.

7

5

LES BESOINS EN EAU POTABLE

L’ eau est une ressource naturelle. Mais sa distribution et surtout son traitement pour la purifier ou la rendre potable engendre des coûts de plus en plus élevés pour la collectivité, ce qui se traduit par des factures sans cesse revues à la hausse pour le consommateur.

Plus qu’un produit de consommation, l’eau est un bien précieux que l’on ne peut plus se permettre de gâcher. C’est pourquoi il est essentiel d’avoir une installation de plomberie performante, sûre et bien entretenue. La moindre fuite peut occasionner plusieurs mètres cubes d’eau consommés inutilement à la fin de l’année.

Suivant les régions, les caractéristiques de l’eau ne sont pas les mêmes. En ce qui concerne l’installation de plomberie, l’une des principales caractéristiques à prendre en compte est la dureté. Plus une eau est dure plus son taux de sels de calcium et de magnésium est important. C’est ce que l’on désigne communément par le calcaire. Des dépôts se forment dans les tuyauteries et dans les appareils de production d’eau chaude. Plus l’eau est chaude, plus les dépôts sont importants. Inversement, une eau trop douce peut entraîner des problèmes de corrosion de l’installation.

Les besoins domestiques en eau varient suivant l'importance de l'équipement. On peut évaluer globalement les besoins domestiques à 100 litres par habitant et par jour.Les éléments suivants permettent de déterminer avec plus de précision les besoins en eau: - cuisine, boisson, toilette: 30 litres par personne et par jour,- W.-C. avec chasse d'eau: 20 litres par personne et par jour,- douche: 25 litres,- bain: 120 litres,- lave-linge: 120 litres par personne et par semaine. Pour une maison individuelle, il faut tenir compte de l'importance du jardin qui doit être arrosé. Celui-ci peut exiger, pendant certaines périodes de l'été, 6 à 8 litres d'eau par mètre carré et par jour, suivant la nature du sol et la température extérieure.Il faut également se méfier des fuites. Un simple robinet qui fuit légèrement, sous une pression de réseau de 3 bars, représente une perte annuelle d'environ 8000 litres d'eau.

8

!

6

Graphique des Variations de consommation d’eau dans un réseau urbain :

Les pointes de consommation se situent entre :- 7 et 9 heures, - 11 et 14 heures- 18 et 21 heures.

Qui Utilise l’eau ?

DOMESTIQUE

+

INDUSTRIES

+

COLLECTIF

9

LE TRAITEMENT DE L’EAU DURE

Il existe trois types d'appareils pour traiter l'eau dure : Les adoucisseurs, appelés « échangeurs d'ions ", parce que l'eau passe sur des résines qui retiennent le calcaire et échangent les ions calcium par des ions sodium.Choisissez votre appareil en fonction de la dureté de l'eau et de votre consommation journalière.Ces appareils peuvent être manuels, semi-automatiques ou automatiques, tout en sachant que les plus performants sont les adoucisseurs électroniques. Il faut savoir que ce type d'appareil est relativement encombrant. Son emploi est strictement interdit avec des canalisations en plomb.

Adoucisseurs compact Adoucisseurs Bi-Bloc

Les doseurs à polyphosphates ne sont pas des adoucisseurs. Ils empêchent la cristallisation du calcaire. Ils ont l'avantage d'être peu coûteux pour les installations d'eau chaude. Les anti-tartres n'éliminent pas le calcaire, mais empêchent simplement ce calcaire de former des dépôts incrustants. Ces appareils peuvent être magnétiques, électroniques ou à ultrasons.

10

7

LE TRAITEMENT DES EAUX USEESÀ l'échelle mondiale, le traitement des eaux usées constitue le premier enjeu de santé publique : plus de 4 000 enfants de moins de 5 ans meurent chaque jour de diarrhées liées à l’absence de traitement des eaux et au manque d’hygiène induit1.

Les eaux usées sont toutes les eaux chargées de différents éléments provenant de la population mais aussi des activités commerciales et industrielles du fait qu'elles ont été utilisées pour le lavage ou les toilettes, qui sont de nature à polluer les milieux dans lesquelles elles seront déversées. C'est pourquoi, dans un souci de respect de ces différents milieux, des traitements sont réalisés sur ces effluents par le réseau d'assainissement urbain.

Ces traitements peuvent être réalisés de manière collective dans une station d'épuration ou de manière individuelle. La plupart des stations d'épuration fonctionnent selon les mêmes processus de base, mais des différences plus ou moins importantes peuvent exister dans la manière de mettre en place ces processus. Le traitement se divise généralement en plusieurs étapes.

11

!

8

Prétraitement

Le prétraitement consiste en trois étapes principales qui permettent de supprimer de l'eau les éléments qui gêneraient les phases suivantes de traitement. Toutes les stations d'épuration ne sont pas forcément équipées des trois, seul le dégrillage est généralisé, les autres sont le dessablage et le déshuilage.

Dégrillage et tamisageLe dégrillage et le tamisage permettent de retirer de l'eau les déchets insolubles tels que les branches, les plastiques, serviettes hygiéniques, etc. En effet, ces déchets ne pouvant pas être éliminés par un traitement biologique ou physico-chimique, il faut donc les éliminer mécaniquement. Pour ce faire, l'eau usée passe à travers une ou plusieurs grilles dont les mailles sont de plus en plus serrées. Celles-ci sont en général équipées de systèmes automatiques de nettoyage pour éviter leur colmatage, et aussi pour éviter le dysfonctionnement de la pompe (dans les cas où il y aurait un système de pompage).

DessablageLe dessablage permet, par décantation, de retirer les sables mélangés dans les eaux par ruissellement ou amenés par l'érosion des canalisations. Ce matériau, s'il n'était pas enlevé, se déposerait plus loin, gênant le fonctionnement de la station et provoquant une usure plus rapide des éléments mécaniques comme les pompes. Les sables extraits peuvent être lavés avant d'être mis en décharge, afin de limiter le pourcentage de matières organiques, la dégradation de celles-ci provoquant des odeurs et une instabilité mécanique du matériau.

DégraissageDéshuilage par écumage des graisses.C'est généralement le principe de la flottation qui est utilisé pour l'élimination des huiles. Son principe est basé sur l'injection de fines bulles d'air dans le bassin de déshuilage, permettant de faire remonter rapidement les graisses en surface (les graisses sont hydrophobes). Leur élimination se fait ensuite par raclage de la surface. Il est important de limiter au maximum la quantité de graisse dans les ouvrages en aval pour éviter par exemple un encrassement des ouvrages, notamment des canalisations. Leur élimination est essentielle également pour limiter les problèmes de rejets de particules graisseuses, les difficultés de décantation ou les perturbations des échanges gazeux.

Le dessablage et le déshuilage se réalisent le plus souvent dans un même ouvrage  : les sables décantent au fond de celui-ci tandis que les graisses remontent en surface.

Le déshuilage peut aussi se faire par coalescence. Ce procédé permet un niveau de déshuilage hors-norme.

Traitement primaire

En épuration des eaux usées le traitement primaire est une simple décantation qui permet de supprimer la majeure partie des matières en suspension. Ce sont ces matières qui sont à l'origine du trouble des eaux usées.

L'opération est réalisée dans des bassins de décantation dont la taille dépend du type d'installation et du volume d'eau à traiter. De la même manière, le temps de séjour des effluents dans ce bassin dépend de la quantité de matière à éliminer et de la capacité de l'installation à les éliminer.

12

La décantabilité des matières dans un bassin est déterminée par l'indice de Mohlman. Cet indice est déterminé chaque jour dans les stations d'épuration importantes afin de vérifier le bon fonctionnement du système.

À la fin de ce traitement, la décantation de l'eau a permis de supprimer environ 60 % des matières en suspension, environ 30 % de la demande biologique en oxygène (DBO) et 30 % de la demande chimique en oxygène (DCO). Cette part de DBO supprimée était induite par les matières en suspension. La charge organique restant à traiter est allégée d'autant.

Les matières supprimées forment au fond du décanteur un lit de boues appelé boues primaires.

Le traitement primaire des eaux usées domestiques tend à disparaître en France avec la généralisation du traitement secondaire à boues activées qui comporte déjà une étape de décantation. C'est notamment le cas lorsque les effluents sont régulièrement dilués par des eaux de pluie et donc moins décantables. Il est alors plus économique de se passer de traitement primaire et de surdimensionner le traitement secondaire.

Traitement par voie physico-chimiqueIl regroupe l'aération et le brassage de l'eau mais aussi une décantation secondaire (dite aussi clarification).

À partir de ce dernier élément, l'eau clarifiée est rejetée (sauf traitement tertiaire éventuel) et les boues décantées sont renvoyées en plus grande partie vers le bassin d'aération, la partie excédentaire étant dirigée vers un circuit ou un stockage spécifique.

Le traitement secondaire peut comporter des phases d'anoxie (ou une partie séparée en anoxie) qui permet de dégrader les nitrates.

Puis l’eau dépolluée est rendu à la nature.

13