La réutilisation des eaux usées traitées LUTTER CONTRE LE STRESS HYDRIQUE ET PRéSERVER L ENVIRONNEMENT
Crédits photographiques : Lionel Goujon, AFD Corentin Janot, AFD Laurent Marcheix, Dumez-Lagorsse Alain Rotbardt, AFD >2
La réutilisation des eaux usées traitées, une nouvelle ressource pour l environnement Avec le développement des activités humaines et l accroissement de la population mondiale, dans un contexte marqué par l urbanisation croissante, la tension sur les ressources en eau s accentue. Le recyclage des eaux usées pour de nouveaux usages, après traitement, peut s avérer une ressource en eau précieuse, dite «non conventionnelle», en complément de la mobilisation des eaux de surface et souterraines. De plus, le rejet des eaux usées, même traitées, dans les rivières ou les mers, n est pas toujours possible ou souhaitable. Or, aujourd hui, moins de 4 % des eaux dépolluées sont réutilisées. A la demande de l Agence Française de Développement (AFD), le bureau d études BRL Ingénierie a évalué en 2011 des expériences de réutilisation des eaux traitées (REUT), choisies pour leur caractère emblématique en Europe, en Méditerranée et en Afrique subsaharienne. Sur cette base, l AFD propose de déduire les éléments significatifs relatifs aux conditions de succès des projets devant permettre la réutilisation des eaux usées traitées pour de nouveaux usages. La valorisation des eaux usées traitées : un périmètre à préciser Les eaux usées, une fois traitées, peuvent être réutilisées selon deux processus principaux : > une «valorisation directe», par laquelle l eau usée traitée devient nouvelle ressource directement après avoir transité par des mécanismes d épuration. Elle prévoit des infrastructures spécifiques en sortie des stations d épuration (stockage, réseau d adduction, distribution) à des fins d irrigation agricole et forestière, d arrosage d espaces verts ou de valorisations industrielles par exemple ; > une «valorisation indirecte», qui comprend un retour des eaux usées traitées au milieu naturel (recharge de nappes souterraines, soutien d étiage des rivières ou préservation des zones humides) avant d envisager sa reprise pour de nouveaux usages. Dans les deux cas, le pourcentage d eaux épurées réutilisées, ainsi que la nature des traitements à mettre en place et permettant leur réutilisation, peuvent considérablement varier selon les projets. Prévisions de stress hydrique en 2025 Bilan hydrique de l activité humaine Pénurie physique : plus de 60 % de l eau des rivières est prélevée Pénurie économique : les ressources en eau sont suffisantes, mais nécessitent d accroître leur mobilisation de plus de 25 % d ici à 2025 Peu ou pas de pénurie Non estimé Pays qui importera plus de 10 % de sa consommation céréalière en 2025 Source: International Water Management Institute Les prélèvements en eau dus aux activités humaines sont estimés à environ 4 000 milliards de m 3 par an. Environ 70 % sont utilisés pour l irrigation, 22 % pour l industrie et 8 % pour les usages domestiques. Moins du tiers des eaux usées industrielles et domestiques sont collectées, et un peu moins de la moitié des eaux collectées sont traitées, soit 160 milliards de m 3. 3 <
Protéger le milieu récepteur et proposer une ressource alternative La réutilisation des eaux usées traitées répond aux objectifs suivants : > Protéger le milieu récepteur en assurant un meilleur traitement des eaux usées, en particulier lorsqu il est fragile ou constitue un enjeu pour la biodiversité ; > Contribuer à répondre à des situations de stress hydrique. La réutilisation des eaux usées peut constituer une alternative à la règle souvent suivie du «rivière à rivière», qui tente de retourner l eau usée épurée au cours d eau dans lequel elle a été pompée initialement. A travers un usage alternatif, elle lui substitue l objectif du zéro rejet en milieu naturel. A l inverse, le rejet des eaux usées traitées dans le milieu naturel peut permettre de soutenir les étiages des cours d eau non pérennes ou de maintenir le niveau des nappes fragilisées par des prélèvements trop importants. Dans les contextes de stress hydrique, la réutilisation des eaux usées traitées est une alternative à la mobilisation excessive d eaux de surface ou souterraines pour les usages agricoles et industriels. Jordanie allier la préservation de l environnement à une agriculture avale intensive Durant les années 2000, la construction d une nouvelle station d épuration à Amman a été rendue nécessaire, compte tenu de la croissance rapide de la ville et de la saturation de l ancienne station. Elle répond aux objectifs de soutien d étiage de la rivière Zarka dans un contexte de stress hydrique important, et de préservation de l environnement en contrôlant le niveau d azote dans le réservoir du barrage King Talal. Ce projet permet en outre de remplacer les ouvrages de traitement dont les capacités sont saturées et de fournir de l eau épurée pour l irrigation. Le projet est subventionné par les autorités jordaniennes à hauteur de 60 %. L opérateur privé désinfecte l eau épurée par chloration et la rejette au milieu naturel par la rivière Zarka. L organisme en charge de la gestion de l eau en assure ensuite la commercialisation auprès des irrigants qui pratiquent une agriculture maraîchère intensive en aval. En définitive, l eau est réutilisée à 100 % dans un contexte de pénurie et les coûts d épuration tertiaire 1 sont pris en charge par les usagers de la ville d Amman, au travers de leur facture d eau. Aucun problème sanitaire n a été identifié à ce stade. L eau traitée est dilluée dans des volumes supérieurs à ceux des rejets de la station. Ce projet a été bien accepté par les irrigants. 1 Voir partie «Adapter les exigences de traitement à l usage final» page 6 >4
Tunisie combiner des intérêts économiques privés à la protection du littoral À Hammamet en Tunisie, un projet de REUT de la station d épuration de la ville permet l irrigation de terrains de golfs. Les objectifs sont prioritairement quantitatifs, en assurant une alimentation en eau d irrigation des deux golfs, mais aussi qualitatifs, au travers de la réduction des rejets en zone littorale qui constituaient une menace pour la baignade. Le projet est porté par deux sociétés privées gestionnaires des golfs, en partenariat avec l office en charge de la station d épuration et le ministère du tourisme, partie prenante à la défense du milieu balnéaire Cette opération est un bon exemple de succès de partenariat public-privé qui allie préservation de l environnement et développement touristique. L existence d un marché pour l eau recyclée et la participation du secteur privé ont permis de trouver une rentabilité économique au dispositif, en associant protection des plages contre la pollution et intérêts économiques privés. Maroc un exemple de réutilisation industrielle des eaux usées Au Maroc, l AFD finance à hauteur de 180 millions d euros un Programme Eau, qui doit permettre d accompagner le développement industriel d Office chérifien des phosphates (OCP) tout en préservant les ressources en eau du pays dans un contexte de pénurie importante. OCP a fait le choix d utiliser les eaux usées traitées des villes proches de ses sites miniers pour le lavage du phosphate et de limiter ainsi les prélèvements dans les nappes phréatiques, déjà fortement sollicitées. Dans le cadre de conventions quadripartites, signées avec l opérateur national (ONEP), les communes concernées et les agences des bassins hydrauliques, OCP s engage à construire trois stations d épuration de 5 Mm 3 par an à Khouribga, 2,2 Mm 3 par an à Youssoufia et 3,2 Mm 3 par an à Benguerir. Elles fonctionnent avec une filière de traitement classique de boues activées, à laquelle s ajoute un traitement tertiaire avec une microfiltration et une désinfection au chlore ou à l ultra-violet. Elles comprennent également une unité de traitement des boues avec une valorisation du méthane issu de la digestion. Complété de volets de dessalement d eau de mer et d adduction des eaux de barrages, ce programme devrait permettre l abandon, à l horizon 2020, du prélèvement de 9 millions de m 3 dans les nappes phréatiques pour les usages industriels. Il permet ainsi de substituer les eaux utilisées traitées et les eaux de surface aux captages souterrains et concourt à la préservation des ressources en eau. 5 <
étapes clés pour évaluer les projets de réutilisation Les conditions de succès des projets de réutilisation sont les suivantes: Une volonté politique doit s exprimer La volonté politique est nécessaire pour mettre en œuvre une politique publique de réutilisation qui réponde aux contraintes institutionnelles, sanitaires et financières inhérentes à ce type de projets. Elle doit permettre la mise en place d organisations adaptées. Une demande en eau usée traitée doit être effective L analyse du marché de la réutilisation ne doit pas se limiter à constater un besoin, mais doit aboutir à confirmer l existence d une demande pérenne et solvable pour cette ressource non conventionnelle. L analyse de la volonté de réutiliser doit, de plus, inclure l examen de l acceptabilité socioculturelle de ce type de projets. Adapter les exigences de traitement à l usage final Selon le type de valorisation des eaux usées traitées (golfs, espaces verts, irrigation agricole, utilisation industrielle, rejet dans le milieu récepteur, etc.), les exigences en matière de traitements tertiaires différeront. Les niveaux d épuration varieront en fonction de la qualité des effluents requise pour l usage final. Il est donc nécessaire : Israël une forte volonté politique dans un contexte de pénurie A Tel Aviv, une station d épuration a été construite afin d épurer les eaux usées du grand Tel Aviv, de protéger le milieu marin et les activités balnéaires, de faire face à une sévère pénurie d eau à l échelle du pays et de répondre à une forte demande pour l irrigation d une zone désertique. Le processus de valorisation de l eau est indirect et fonctionne grâce à un dispositif de recharge de nappe par filtration sur sable. Ce système permet d atteindre une eau de qualité, qui est ensuite pompée, puis transportée à 100 km vers le sud de la région du Néguev, où elle est stockée dans des réservoirs de grande capacité. Elle est ensuite distribuée à différents utilisateurs, majoritairement des maraîchers. Ce projet s intègre dans une politique nationale de production de ressources en eau non conventionnelles et bénéficie à ce titre d un appui important de l Etat. Pour la REUT, celuici a pris notamment en charge les coûts d investissement du stockage et du transfert du centre vers le sud du pays. Cette politique visant au zéro rejet est une réponse d adaptation au stress hydrique, dans un contexte par d enjeux politiques forts sur la ressource en eau. Elle permet de développer une agriculture d exportation dans le sud du pays, compte tenu de l appui de l Etat à la création des infrastructures de transfert et de stockage. >6
Les normes de l Organisation mondiale de la santé (OMS) pour l élimination des agents pathogènes Dans le cas de réutilisation directe des eaux usées pour l irrigation, les normes OMS préconisent notamment de mettre en œuvre des mesures permettant de respecter un seuil de risque défini par personne et par an. Cela conduit à prévoir (i) pour les agents pathogènes, une concentration des œufs d helminthes inférieure à 1 œuf par litre en moyenne annuelle et (ii) pour les virus, bactéries et protozoaires, un abattement de 6 log, soit une division de la concentration de pathogènes par un million (10-6 ). > dans le cas de réutilisation à des fins agricoles ou d arrosage, d adapter la qualité de ces eaux selon les types de cultures (non alimentaires, aliments cuits) et les moyens d arrosage utilisés (aspersion, goutte à goutte) ; > dans le cas du soutien d étiage, de s assurer de l obtention d un niveau de traitement optimal adapté à la nature du cours d eau : débit, qualité des eaux, biodiversité, etc. Choisir un dispositif technique de traitement adapté Les polluants les plus souvent récoltés dans les réseaux d eaux usées sont les déchets solides, les sables et les matières minérales inertes, les matières en suspension ou dissoutes (dont les composés organiques), les polluants biologiques (coliformes fécaux, parasites, virus), les sels, les nitrates, les phosphates, les sulfates, quelques composés métalliques, les composés organiques rares comme les médicaments, et les polluants industriels comme les graisses, les produits chimiques et les rejets agroalimentaires. Les traitements classiques éliminent les déchets et les sables, les matières en suspension et réduisent les teneurs en matière organique et en germes pathogènes. Des traitements plus adaptés réduisent les 1 cf. Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and grey water, 2006. polluants chimiques. Les méthodes d épuration de finition permettent d adapter la qualité des eaux usées traitées aux usages finaux. Un traitement complémentaire, dit «tertiaire», peut être intégré au dispositif de la station d épuration, ou faire l objet d un équipement séparé spécifique avec une maîtrise d ouvrage distincte. Plusieurs procédés existent. Les plus classiques sont le lagunage tertiaire, la chloration, l ozonation, les rayonnements par ultraviolets, l infiltration percolation et le traitement membranaire. Prévoir un suivi sanitaire Le suivi sanitaire des projets doit tenir compte de l environnement dans lequel ils sont mis en œuvre (présence de travailleurs ou d usagers) et du dispositif de réutilisation (modes d irrigation, valorisation directe ou indirecte, etc.). De manière générale, il est impératif de respecter les normes établies par l Organisation mondiale de la santé concernant l élimination des agents pathogènes dans l eau réutilisée 1. Il est nécessaire en complément : > de suivre la qualité physico-chimique et microbiologique de ces effluents après traitement et avant réutilisation ; France initiative privée de réutilisation des eaux de la station d épuration de Clermont-Ferrand Une association syndicale agricole constituée d une cinquantaine d agriculteurs réutilise une partie des eaux de la station d épuration de Clermont-Ferrand, après un lagunage de finition dans les bassins inutilisés d une sucrerie située aux abords de la station d épuration. Le projet, d initiative privée, se justifie par la nécessité de mettre en place une irrigation d appoint, afin de livrer à bonne date des maïs semence. Cette irrigation concerne 700 ha pour 800 000 m 3 par an réutilisés. Ce projet a été impulsé par les agriculteurs et a été rendu possible grâce à des subventions publiques d investissement. 7 <
Île de la Réunion un suivi sanitaire rapproché A la Réunion, île française située dans l océan Indien, la mise en place du recyclage des eaux usées traitées pour l arrosage d un espace vert public s accompagne d un suivi épidémiologique réalisé par l Observatoire régional de santé, en accord avec les autorités sanitaires. Ce suivi sanitaire se focalise sur le déclenchement de gastroentérites aiguës (GEA) dans la population concernée et a pour objectifs : d identifier des phénomènes inhabituels (augmentation anormale du nombre cas de GEA) en lien avec la réutilisation des eaux usées traitées ; de décrire les cas suspects de GEA ; de suivre les évolutions spatio-temporelles et contribuer ainsi à l évaluation des mesures de contrôle pouvant être prises. Le suivi prévoit une mise en corrélation du signal donné par les médecins présents dans le périmètre concerné et préalablement informés, avec les données du réseau de médecins sentinelles de l ensemble de l île. Ces médecins sentinelles surveillent la grippe, les diarrhées aiguës, la dengue et le chikungunya en cas d épidémies. Il est ensuite mis en relation avec les analyses microbiologiques des prélèvements en sortie de station de traitement et du réseau de distribution. Avant la mise en service de la station d épuration, le réseau de surveillance est mis en place et l état épidémiologique initial est défini pendant 18 mois. Le suivi épidémiologique est ensuite opérationnel dans un premier temps pendant un an. Coûts de traitements d eaux usées destinées au recyclage Irrigation informelle Traitement secondaire / usage restreint de l'irrigation Traitements / usages Recharge de nappes / infiltration percolation Traitement tertiaire / loisirs, agriculture Traitement des boues activées (BA) Filtre bactérien / élevage BA et infiltration / espaces urbains et de loisirs Traitement tertiaire / industrie Disques biologiques / industrie, énergie Traitement tertiaire, désinfection / recharge de nappe Recyclage intégral («zéro rejet») / industrie Osmose inverse / puits injection Traitement eau potable 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Euro / m 3 >8
> d accompagner ces projets par des actions d éducation sanitaire en direction des travailleurs (pour réduire les risques lors de leur activité professionnelle) et de la population (pour favoriser une meilleure hygiène alimentaire) : lavage vigoureux des aliments, désinfection au chlore ou pelage des fruits et légumes, qui réduisent chacun le niveau de pollution bactériologique de 1 ou 2 log ; > de compléter ces mesures par une surveillance épidémiologique des populations exposées, notamment lorsque le respect des normes sanitaires établies par l OMS ne pourra pas être garanti. Cela consiste à mesurer en continu la fréquence de survenue (incidence) d une ou plusieurs maladies hydriques le plus souvent les diarrhées afin d être alerté en cas d augmentation brutale (épidémie) ou de dégradation progressive de la situation sanitaire. Trouver les conditions de l équilibre économique et financier La redevance assainissement perçue auprès de populations urbaines productrices d eaux usées doit permettre de couvrir les coûts liés à la collecte et à l épuration des eaux usées qu elles génèrent. Elle peut participer au recouvrement des coûts d exploitation et d amortissement des investissements liés au traitement tertiaire nécessaire à la réutilisation. Les coûts liés à la construction et à l exploitation des infrastructures et dispositifs aval (stations de pompage en cas de valorisation indirecte, réseaux d irrigation, réseaux de transfert et de distribution vers les zones industrielles, télégestion, dispositif de surveillance sanitaire interne, etc.) sont à la charge des utilisateurs et bénéficiaires finaux. L équilibre financier d un projet de réutilisation des eaux usées traitées, tout comme d un projet de collecte et de traitement des eaux usées en général, est difficile à obtenir et un fort niveau de subventionnement pour la construction et l exploitation de l ensemble de ces infrastructures est constaté. Les bénéfices environnementaux induits par la réutilisation justifient une contribution financière publique, au titre des externalités positives du projet. Île de la Réunion étude économique et financière d organisation et de marché A la Réunion, la commune du Port envisage de réutiliser l eau traitée dans une nouvelle station d épuration en cours de construction. Elle a demandé à un bureau d études de concevoir le dispositif de traitement tertiaire adéquat pour cet usage, et de réaliser les dossiers d autorisation sanitaire. L AFD a proposé d ajouter une composante financière et d organisation à l étude de faisabilité technique et sanitaire. Elle a donc appuyé la commune pour l identification du marché (clients, volumes, tarifs), l optimisation des implications financières pour la commune et tarifaires pour les usagers, ainsi que le choix de l imputation budgétaire et du mode de gestion le plus performant. 9 <
Mettre en œuvre des projets de valorisation des eaux usées traitées Lors d un montage de projet de REUT, des éléments essentiels tels que la répartition des rôles et des obligations, les sources de financement ou les indicateurs du suivi-évaluation doivent être précisés. Répartir de manière claire les rôles et les obligations de chaque partie prenante La clé de répartition du plan de financement entre l autorité publique, au titre de la gestion de la ressource en eau, le pollueur au titre du principe pollueur-payeur et l utilisateur final de l eau recyclée, est définie en fonction de chaque contexte. Les projets de réutilisation impliquent une pluralité d acteurs, locaux et nationaux, issus des domaines de l eau et l assainissement, de l agriculture et de la santé. Le rôle dévolu à chaque intervenant doit être clair. L organisation retenue pour la réutilisation doit être efficace et fixer les relations financières et contractuelles entre chacune de ces parties prenantes. Outre les institutions publiques qui édictent les normes, mettent en place la régulation et le contrôle sanitaire, on distingue de l amont vers l aval du cycle de l eau usée : > les producteurs d eaux usées que sont les habitants des centres urbains et les industries ; > le propriétaire de la station d épuration, souvent une collectivité territoriale, qui autorise la fourniture d eau usée traitée à l entité responsable de la réutilisation ; > l exploitant de la station d épuration des eaux usées, en général différent du propriétaire de la station, qui garantit la fourniture et la qualité de l effluent traité en vue de sa réutilisation ; > le responsable de la mise à disposition de l eau recyclée auprès de l utilisateur final (ministère en charge des ressources en eau ou de l agriculture, autorité autonome ou agence spécifique) ; > l utilisateur et bénéficiaire final. Diversifier les sources de financement Le tableau ci-contre présente les différents types et sources de financements mobilisables pour la réutilisation des eaux usées traitées. Définir des indicateurs économiques et financiers De nombreux indicateurs permettent de guider l évaluation économique et financière des projets, les principaux étant : >10
> le volume d eau réutilisé par utilisateur ; > la consommation énergétique et l existence de politiques de maîtrise de l énergie visant à optimiser le bilan carbone de l opération ; > le coût d opportunité de l eau ; > le coût des dommages sociaux évités tels la perte d emplois ou la baisse de certaines activités économiques. Les indicateurs financiers habituels - ratios d investissement et de frais d exploitation par m 3 réutilisé ou par bénéficiaire - devraient également être complétés par deux indicateurs qualitatifs reflétant : > la qualité du montage financier et du recouvrement des coûts : niveau des subventions d investissement éventuelles et des redevances perçues pour la réutilisation ; > l existence de financements permettant le suivi technique, financier et sanitaire du dispositif de réutilisation. Type de financement Principale source de financement Finalité du financement Subvention Etat Externalités positives (préservation de l environnement, adaptation au changement climatique) Investissement Autofinancement Producteurs d eaux usées Revenus du projet pour le remboursement Application du principe du pollueur-payeur via le tarif de l assainissement Prêt concessionnel Bailleurs de fonds internationaux Etat Externalités positives (préservation de l environnement, adaptation au changement climatique) Prêt à taux de marché Secteur privé Diminution du coût de l eau (golfs, espaces verts résidentiels, création de valeur foncière, etc.) Fonctionnement Autofinancement Prêt à taux de marché Revenus du projet Equilibre financier de l activité (agriculture, maraîchage, golfs, etc.) Subvention Etat Maintenance/ Renouvellement Autofinancement Prêt concessionnel Producteurs d eaux usées Revenus du projet pour le remboursement Bailleurs de fonds internationaux Pérennité des infrastructures Prêt à taux de marché Secteur privé 11 <
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