Fiche Résumé 11-AEP-01

Le fluor n’existe pas dans l’eau à l’état libre mais sous forme de fluorures liés à d’autres ions comme le calcium, le sodium ou l’aluminium. Les fluorures de l’eau proviennent de la dissolution des roches pour les eaux souterraines et de rejets industriels pour les eaux de surface. Leur concentration peut varier de 0,01 à 0,3 mg/L dans les eaux de surface jusqu’à quelques dizaines de mg/L dans les aquifères situés essentiellement dans les zones à activités géothermiques, volcanique ou contenant des proportions importantes de phosphates.

A faible dose (0,5 mg/L), les fluorures préviennent de la carie dentaire mais deviennent néfastes lorsqu'ils sont consommés en excès car il provoque des fluoroses dentaires (de 0,9 à 1,2 mg/L) ou du squelette (de 3 à 6 mg/L). La Directive européenne 98/83/CE du 3 novembre 1998 et sa transposition en droit français par le décret n°2001-12220 du 20 décembre 2001, codifié en 2003 dans le code de la santé publique, fixe la limite de qualité des fluorures dans l’eau destinée à la consommation humaine à 1,5 mg/L. Cette limite correspond à la valeur guide établie par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS).

Il existe aujourd'hui quelques cas de non-conformités essentiellement dans le centre, le nord et l'ouest. Le bassin Seine-Normandie est également touché notamment dans l'Aisne et l'Essonne. Certaines collectivités ont pu régler leur problème par mélange avec une nouvelle ressource mais pour d'autres, au regard de conditions technico-économiques acceptables, il n'y a que le traitement qui est envisageable. Ces collectivités sont souvent de petite taille.

Les principes d’élimination du fluor sont connus mais les réalisations industrielles donc les retours d’expérience sont rares, ce qui limite le niveau de connaissance sur les performances des procédés ainsi que sur les conditions d’exploitation. L’objectif de l’étude est donc de présenter un état de l’art du traitement du fluor et de comparer différents procédés, en laboratoire puis à l’échelle pilote, parmi les mieux adaptés aux petites collectivités.

La recherche bibliographique a montré qu’il existe deux méthodes spécifiques d’élimination des fluorures : l’échange d’ions avec des réactifs phosphorés et l’adsorption sur alumine activée. Les méthodes non spécifiques sont quant à elles la décarbonatation, la coagulation-floculation au sulfate d’alumine, les résines échangeuses d’ions et les techniques membranaires (nanofiltration, osmose inverse et électrodialyse inverse). Parmi ces procédés, ceux faisant l’objet de réalisations industrielles sont l’alumine activée (La Rochefoucauld en Charente et Domgermain en Meurthe-et-Moselle), la décarbonatation à la chaux (essais pilote à Janville-sur-Juine dans l’Essonne), la nanofiltration (Thiadiaye au Sénégal, Mynämäki en Finlande) et l’osmose inverse (Kuivala en Finlande). Le procédé le plus utilisé est donc l’adsorption sur alumine activée mais la durée de vie assez faible du matériau ainsi que sa régénération complexe ne permettent pas son utilisation à grande échelle. En ce qui concerne les techniques de précipitation à la chaux ou à la magnésie, elles ne peuvent être utilisées que dans le cas d’une faible concentration en ions fuorures et dans le cadre d’un traitement combiné avec l’élimination de la dureté. Quant aux techniques membranaires, elle ne sont compétitives que si elles sont mises en œuvre dans le cadre d’une élimination simultanée d’un ou plusieurs paramètres spécifiques.

Les tests en laboratoire ont porté sur la coagulation aux sels d’aluminium, la décarbonatation à la chaux et l’adsorption sur alumine activée. Les trois traitements étudiés montrent des capacités à réduire la concentration en fluor dans l’eau. L’alumine activée apparaît dans un premier temps comme le traitement le plus efficace et le moins contraignant sur le plan des réactifs et de la production de boues (hors régénération).

Les essais sur pilote ont porté sur des traitements de nanofiltration et d’adsorption sur alumine activée à partir d’une eau souterraine fortement minéralisée et déferrisée avec une teneur moyenne en fluor de 1,6 mg/L :

- La nanofiltration (NF) permet une élimination complète du fluor mais l’eau produite est totalement déminéralisée. Le traitement d’une partie du débit permet alors non seulement de garantir la production d’une eau conforme à la réglementation mais aussi de retrouver une minéralisation plus appropriée avant un traitement de remise à l’équilibre (dégazage de CO2 et injection de soude). Un conditionnement de l’eau en amont de la membrane (acide sulfurique et séquestrant) est à prévoir pour éviter le colmatage en limitant le risque de précipitation des sels. La qualité des boues produites est compatible avec un renvoi en milieu naturel.

- La filtration sur alumine activée permet l’obtention d’une eau exempte de fluor dans des conditions de pH permettant d’optimiser les fréquences de régénération, étape contraignante et génératrice de flux polluant. Le traitement de la totalité du débit permettra une meilleure gestion de l’exploitation. L’eau produite est agressive et nécessite un traitement approprié combinant dégazage du CO2 et correction finale du pH à la soude. Un conditionnement de l’eau en amont de la filtration (acide sulfurique) est à prévoir pour atteindre une valeur de pH de 6,8. La qualité des boues produites n’est pas compatible avec un rejet direct dans le milieu naturel vis-à-vis du fluor et de l’aluminium.

La filtration sur alumine activée est simple à mettre en oeuvre mais sa régénération et le traitement nécessaire des rejets salins qui en découlent sont complexes et contraignants. La filtration membranaire, plus compacte et performante, mais aussi plus coûteuse en investissement et exploitation, ne dispose pas de l’agrément “procédé” sur l’élimination des fluorures.