Fiche Résumé 05-AEP-06

L'efficacité et la fiabilité d'une filière de production d'eau potable dépendent fortement de l'optimisation et du contrôle de la clarification (coagulation-floculation-décantation-filtration), étape largement appliquée en traitement conventionnel pour éliminer les particules. La turbidité, meilleur paramètre indicateur d'efficacité de cette clarification, doit être, selon la réglementation, inférieure à 0,5 NFU 100 % du temps. Une turbidité encore plus faible (0,1 NTF) peut être obtenue en sortie de filtre mais pas à 100 % du temps ou alors pour des vitesses de filtration très faibles. Les exploitants se donnent quant à eux un objectif de 0,3 NFU maximum, 95 % du temps.

L'utilisation de polymères cationiques pourrait améliorer l'efficacité et la fiabilité de la clarification pour atteindre cet objectif de 0,3 NFU et peut-être même 0,1 NFU. En effet, ces polymères seraient plus efficaces que les réactifs conventionnels (sels d'aluminium ou de fer) en raison de leur structure de flocs différente. Ainsi, de plus faibles quantités seraient suffisantes d'où une production moindre de boues. Ils seraient mis en oeuvre en alternative partielle aux réactifs minéraux conventionnels.

L'objectif de l'étude est donc de définir les conditions d'application de ces polymères. Deux types de coagulants organiques, commercialisés par SNF Floerger et agréés en France pour l’eau potable depuis 2004, ont été testés. Ce sont des produits à base de polychlorure de diallyldiméthylammonium (PolyDADMAC) et d'épichlorhydrine-diméthylamine (EpiDMA). Ces réactifs sont déjà utilisés depuis plus de vingt ans dans d'autres pays comme les États-Unis et l'Angleterre. Bien que délicat au niveau de son dosage car il suffit de peu d’excès pour dégrader la qualité de l’eau décantée vis-à-vis de la turbidité, le PolyDADMAC est plus souvent rencontré que l’EpiDMA qui par contre est moins cher.

Les essais 2001, en laboratoire et sur pilote de coagulation sur filtre à Maromme (eau karstique sujette à de grandes variations de turbidité), ont montré que les meilleures performances sont obtenues pour le PolyDADMAC, appliqué en substitution de 30 %, du sel métallique utilisé normalement (chlorure ferrique). Cette combinaison garantit l'obtention d'une turbidité d'eau filtrée inférieure à 0,2 NFU 99 % du temps, avec une augmentation des cycles de filtration de 180 %, une diminution des pertes en eau de lavage de 64 % et une réduction des coûts de réactifs de 12 %.

Les essais 2002 ont permis de comparer en laboratoire les performances des deux polymères organiques synthétiques testés en 2001 avec celles de deux polymères organiques naturels (protéines modifiées : Phytofloc./coagulant cationique/extrait protéinique de Moringa oleifera et TX11960/sous-produit de soja). Les quatre polymères étudiés ont des performances très proches en terme d'élimination des particules et des matières organiques. Le classement d'efficacité est le suivant : PolyDADMAC > EpiDMA > TX11690 100 % > TX11690 8% > Phytofloc. Ces produits ne montrent pas d'intérêt s'ils sont utilisés en substitution totale du coagulant minéral car ils entraînent une mauvaise formation de flocs et par conséquent une turbidité élevée dans l'eau traitée. Leurs meilleures performances sont obtenues pour un taux de remplacement de 30 % du sel minéral. En terme d'abattement de la turbidité, ces performances sont identiques à celles obtenues avec le taux optimal de coagulant minéral seul ; elles sont meilleures (+ 10 %) en terme d'abattement de la matière organique.

Les essais 2003 ont permis d'évaluer en laboratoire le risque potentiel de formation de sous-produits cancérigène (NDMA : Nitrosodimethylamine et autres dérivés aminés) au niveau de l'eau traitée. Ces sous-produits sont formés dans certaines conditions par oxydation de PolyDADMAC et d'EpiDMA. Ils ne sont pas éliminables par les traitements conventionnels (adsorption, ozonation, biofiltration), les traitements efficaces étant ceux qui utilisent les résines (ou l'UV mais à trop fortes doses). Les essais, réalisés en conditions représentatives d'une mise en oeuvre industrielle, ont montré qu'il n’y avait pas de formation de NDMA en concentration supérieure au seuil de détection (15 ng/l).

Les essais 2004 ont donc été réalisés à l'échelle industrielle sur le site de Maromme où la coagulation sur filtre au chlorure ferrique a été comparée à l'utilisation de chlorure ferrique combiné aux polymères organiques (EpiDMA et PolyDADMAC), l’objectif étant de renforcer l'efficacité et la fiabilité de la clarification, spécialement en période de qualité d'eau brute dégradée où les pointes de turbidité sont mal gérées. Malheureusement, la ressource n’a pas présentée de qualité dégradée pendant la période des tests et l’intérêt des polymères n’a donc pû être démontré. Néanmoins, les résultats ont confirmé une augmentation des cycles de filtration, et montré qu’un léger excès de polymère (0,2 ppm au lieu de 0,1 ppm) peut entraîner la formation de NDMA. En effet, ce sous-produit insésirable a été retrouvé à l’état de trace sur l’eau traitée après chloration.

Les essais 2005 ont ensuite permis de tester les deux réactifs en période chaude à l’échelle industrielle sur une eau de surface non dégradée, traitée par une clarification complète au sulfate d’aluminium (coagulation/décantation/filtration, usine de Morsang-sur-Seine). Les essais n'ont pas montré de fort intérêt technique ni économique dans ces conditions d'eau brute. Ils ont permis cependant de mettre en évidence que le PolyDADMAC était plus efficace que l’EpiDMA pour l’élimination des matières organiques et de performance équivalente pour la turbidité (les essais en laboratoire sur la même eau brute avaient montré une nette préférence pour l’EpiDMA vis-à-vis de la turbidité).

L'objectif des essais 2006 est de tester, sur le site de Morsang, les deux réactifs en période froide avec une ressource dégradée (plus forte teneur en matière organique) et d’établir des recommandations d’utilisation selon le type d'eau à traiter.