L’eau est très abondante sur notre planète. Mais elle est très inégalement répartie sur la surface du globe et seule une part limitée de toute cette eau est directement disponible pour notre consommation. Les eaux douces de la planète, c’est-à-dire celles dont la salinité est inférieure à 3 grammes par litre, ne représentent que 3 % en volume de toute l’eau de l’hydrosphère. Ces eaux douces sont utilisées par les ménages, l’agriculture et l’industrie. Mais depuis 50 ans, compte tenu du déficit de la ressource hydrique et de l’accroissement des besoins, s’est développée une source alternative d’eau douce : l’eau recyclée.
Les réservoirs d’eau douce ou « eaux brutes »
En très haute montagne, les cours d’eau naissent de la fonte des glaciers : c’est le régime glaciaire. L’épaisse couche de glace fait en effet office d’isolant thermique vis-à-vis de l’air extérieur très froid et la température au niveau du sol est donc en général supérieure à zéro. C’est pourquoi la glace fond, donnant naissance à de fins ruisseaux ou à des torrents tumultueux qui glissent sous les glaciers pour émerger à leurs pieds.
Au Canada, en Sibérie et dans le nord de l’Europe, les fleuves sont alimentés par la fonte des neiges : c’est le régime nival.
Les autres cours d’eau proviennent du ruissellement des pluies excédentaires et/ou de l’émergence, sous la forme de sources, de nappes d’eaux souterraines : c’est le régime pluvial (les eaux souterraines proviennent de l’infiltration des eaux de pluie dans le sol).
Tous ces cours d’eau descendent le long des pentes, se rejoignent pour former des rivières de plus en plus imposantes qui finissent par se jeter dans un océan ou une mer intérieure.
La notion d’eau potable
L’eau brute destinée à la consommation humaine est prélevée dans un cours d’eau ou une nappe d’eau souterraine. Elle est ensuite acheminée vers une usine de production d’eau potable où elle subit divers traitements physiques, chimiques et biologiques.
Les traitements. Le traitement classique et complet d’une eau s’effectue en plusieurs étapes dont certaines ne sont pas nécessaires aux eaux les plus propres.
L’oxydation : si les eaux à traiter contiennent beaucoup de matières organiques, ou encore de l’ammoniaque, du fer ou du manganèse, une étape d’oxydation préalable est nécessaire. Elle permet d’éliminer plus facilement ces substances au cours de l’étape suivante dite de clarification. On utilise pour cela un oxydant comme le chlore ou l’ozone.
La clarification : la clarification permet l’élimination des particules en suspension. Après son passage à travers des grilles qui retiennent les matières les plus grosses, l’eau est acheminée dans des bassins dits de décantation. Là, sous l’effet de leur poids, les particules gravitent vers le fond où elles se déposent. L’eau décantée est ensuite filtrée à travers une ou plusieurs couches d’un substrat granulaire, comme du sable, qui retient les particules résiduelles les plus fines.
La désinfection : en fin de traitement, la désinfection permet l’élimination des micro-organismes pathogènes (bactéries et virus). On utilise pour cela soit un désinfectant chimique comme le chlore ou l’ozone, soit des rayonnements ultraviolets. Rendue potable, l’eau est alors distribuée aux consommateurs.
Eau minérale ou eau de source.
Issues de nappes d’eaux souterraines non polluées, profondes ou protégées des rejets dus aux activités humaines, les eaux dites de source sont des eaux naturellement propres à la consommation humaine. Les seuls traitements qu’il est permis de leur appliquer, afin d’éliminer les éléments instables que sont les gaz, le fer et le manganèse, sont l’aération, la décantation et la filtration. Ces eaux de source sont en général consommées au niveau régional car leur transport en augmenterait trop le coût. Il existe une centaine de telles sources en France.
Les eaux minérales, quant à elles, sont des eaux de source ayant des propriétés particulières : elles ont des teneurs en minéraux et en oligo-éléments susceptibles de leur conférer des vertus thérapeutiques et leur composition est stable dans le temps. Comme les eaux de source, elles ne peuvent être traitées. Une fois mises en bouteilles, ces eaux voyagent beaucoup et sont même exportées.
Eau verte – eau bleue.
L’eau des précipitations comporte deux formes : l’eau bleue est celle qui transite rapidement dans les cours d’eau, les lacs, les nappes phréatiques et les mers ; elle représente environ 35 % de la masse totale des précipitations. La deuxième forme est l’eau verte, qui, stockée dans le sol, est évaporée ou absorbée et transpirée par les plantes et retourne directement à l’atmosphère ; c’est de loin la plus grande quantité, puisqu’elle totalise 65 % de la masse des précipitations.
L’eau bleue utilisée par l’industrie et les ménages est en grande partie remise dans le circuit après traitement ; en revanche, l’eau bleue consommée par l’agriculture (irrigation) ou stockée dans le bois, n’est pas remise en circulation sous forme liquide : elle est transpirée et retourne dans l'atmosphère sous forme gazeuse (eau verte), ou reste liée, dans une très faible proportion, dans les végétaux.
Les eaux usées
Les eaux usées sont des eaux altérées par les activités humaines à la suite d’un usage domestique, industriel, artisanal, agricole ou autre. Elles sont considérées comme polluées et doivent être traitées.
Il existe plusieurs types d’eaux usées (d’après Julien Deborde, auteur de la thèse : « Étude expérimentale et numérique d'un distributeur autorégulant pour l'irrigation ») :
• Les eaux usées domestiques issues de nos habitations. Elles sont principalement polluées par des matières organiques. Elles comprennent les eaux ménagères d’évacuation des cuisines et des salles de bain, polluées par les détergents, les lessives, les graisses… Elles comprennent également les eaux sanitaires d’évacuation des toilettes. Les déchets présents dans ces eaux souillées sont constitués de matières organiques dégradables et de matières minérales. Les eaux usées domestiques sont filtrées, traitées et retournées aux rivières et/ou épandues par phytorémédiation.
• Les matières de vidange. Elles correspondent aux matières extraites de l’entretien des systèmes épuratoires individuels. Elles constituent un concentré de pollution domestique, leur évacuation et collecte font partie intégrante de l’assainissement. Elles comprennent les boues issues des installations d'assainissement non-collectif (fosses septiques, fosses toutes eaux, fosses étanches). Les matières de vidange sont traitées, épandues (selon la loi sur l’eau).
• Les eaux usées agricoles sont issues d’élevage et sont polluées notamment par les déjections des animaux. Elles comprennent les lisiers et le purin. Elles sont filtrées, traitées, épandues par phytoremédiation.
• Les eaux usées industrielles. Leurs caractéristiques sont extrêmement variables et sont directement liées aux types d'industries agroalimentaires, chimiques, minières ou autre. Après des premiers traitements spécifiques, les eaux usées industrielles sont assimilables à des eaux usées domestiques, ce qui permet leur rejet dans un réseau de collecte public. Elles comprennent les effluents vinicoles et la résine de production. Les eaux usées industrielles sont filtrées, traitées et épandues par phytoremédiation.
• Les eaux pluviales. Elles peuvent être fortement polluées en particulier en début de pluie du fait du lessivage des fumées dans l’atmosphère, du lavage des chaussées grasses et des toitures chargées de poussières, du lessivage des zones agricoles traitées (écoulement de purin, épandage d’engrais et de désherbants) et des zones de terrassements (écoulement de boues). Les polluants présents dans ces eaux peuvent être des matières organiques biodégradables ou non, des matières en suspension ou dissoutes, des élements toxiques. Elles comprennent les eaux de pluie et les eaux de ruissellement. Les eaux pluviales sont récupérées pour usage domestique (WC, machine à laver).
Eau noire – eau grise.
Les eaux usées peuvent être parfois qualifiées d’eaux grises lorsqu’il s’agit d’eaux peu chargées en matières polluantes, par exemple des eaux d’origine domestique, résultant du lavage de la vaisselle, des mains, des bains ou des douches. On parle d’eaux noires lorsqu’elles contiennent diverses substances plus polluantes, ou plus difficiles à éliminer telles que des matières fécales, des produits cosmétiques, ou tout type de sous-produit industriel mélangé à l'eau.
Dans la plupart des pays et en particulier dans les milieux urbanisés, les eaux usées sont collectées et acheminées par un réseau d'égout (ou réseau d'assainissement), soit jusqu’à une station de traitement, soit jusqu’à un site autonome de traitement.
Le niveau de traitement est défini en fonction de la qualité requise par le type d’usage des eaux usées recyclées.
Il existe une large gamme de procédés de traitement des eaux, offrant ainsi le meilleur choix technique en fonction du contexte local : clarification poussée, traitement biologique, filtration, techniques membranaires (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, osmose inverse), désinfection par ultraviolet, traitement sur charbon actif en grains, désinfection par l’ozone, ou encore installation de récupération des eaux usées industrielles.
Après dépollution, ces eaux recyclées constituent « une ressource de seconde main », qui trouve principalement son utilité pour le lavage et le transport industriel des matériaux, le refroidissement industriel, l’irrigation, les utilisations municipales (lavage des rues, lutte contre les incendies…).
Compte tenu de la diminution des ressources en eau, il est de plus en plus envisagé d'utiliser des « eaux usées » pour l'irrigation. Cela nécessite toute une réflexion et une recherche concernant les contraintes sanitaires (santé humaine), toxicologiques (toxicité pour les végétaux), et techniques (adéquation du matériel de distribution, notamment en micro-irrigation et en irrigation par aspersion). Il est important lors de ces études de bien préciser quel est le type d'eau, qui sera utilisé, en particulier son niveau de traitement : eaux décantées, clarifiées, traitées… Cela conditionne aussi le type d'usage que l'on pourra en faire en irrigation : arrosage d'espaces verts ou forêt, arrosage de cultures alimentaires ; ainsi que le type de matériel utilisé : risque de dissémination d'éléments indésirables plus grand en aspersion qu'en goutte-à-goutte et à forteriori en goutte-à-goutte enterré.