Fiche Résumé 11-AEP-08

Le plomb dans l’essence était utilisé pour augmenter l’indice d’octane du carburant et ainsi améliorer sa combustion et réduire les émissions de polluants. Les pots catalytiques mis en service dans les années 1990 ont aussi pour rôle d’améliorer la combustion mais leur utilisation est incompatible avec celle du plomb qui a alors été abandonné. Le méthyl ter-buthyl éther (MTBE) et l'éthyl tertio-butyl éther (ETBE) sont des composés oxygénés utilisés aujourd’hui en substitution du plomb dans l'essence. Le MTBE est utilisé pour la première fois dans les années 1970 aux USA. L’ETBE, produit à partir de l’éthanol, est préconisé par les gouvernements européens dans les années 1990 en remplacement du MTBE créant ainsi une nouvelle opportunité pour l’agriculture française et espagnole. L’ETBE a une volatilité plus faible et un indice d'octane plus élevé que le MTBE.

Le MTBE et l’ETBE sont très solubles dans l'eau, bien plus que les autres hydrocarbures, et par conséquent, atteignent rapidement les nappes phréatiques en cas de pollution accidentelle. En outre, ils sont très peu biodégradables. Les eaux superficielles peuvent également être contaminées par de l'essence non brûlée relâchée par des bateaux. Le bassin Seine-Normandie, avec une forte densité d'infrastructures routières et fluviales (risque de pollution accidentelle lié au transport), une forte activité industrielle (notamment les raffineries et stockages d'hydrocarbures dans l'estuaire de la seine) et une forte densité démographique (nombreuses stations service), apparaît comme potentiellement exposé à ce risque de pollution.

Des cas de pollution à l'ETBE ont été signalés en France en 2009 et les concentrations retrouvées dans l'eau potable étaient relativement élevées avec pour conséquence le dégagement d'une très forte odeur (l'odeur apparaît à des seuils beaucoup plus faibles que les seuils de toxicité). Par ailleurs, l'association Robin des Bois a recensé une centaine d'épisodes, de différentes ampleurs, de contamination par des hydrocarbures avec une forte concentration dans la zone francilienne (accident de transport) et dans l'estuaire de la Seine (raffineries du Havre).

Aucune réglementation n'existe à ce jour sur le MTBE et sur l'ETBE en France mais des propositions sont en cours. Les données disponibles sur le MTBE montrent que les procédés conventionnels de traitements ont une efficacité limitée pour l'éliminer. En revanche, très peu de données sont fournies par la littérature concernant l'ETBE plus récent mais la problématique risque d'être identique étant donné que les deux composés ont des propriétés physico-chimiques similaires.

L'objectif du projet est donc de proposer des recommandations sur les bonnes pratiques de traitement en investigant trois axes :
- l’évaluation des performances des méthodes d'analyse existantes et proposition d'améliorations éventuelles,
- la détermination du niveau de traitement nécessaire pour éviter les problèmes de goût et d'odeurs (définition du seuil de détection gustative et olfactive),
- l’évaluation des performances des procédés conventionnels de traitement (stripping, charbon actif, oxydation avancée) et proposition éventuelle de technologies innovantes (biodégradation, pervaporation).

Une analyse bibliographique a été réalisée pour recenser les principales techniques de traitement du MTBE existant à ce jour et utilisées aux USA :
- le processus de stripping par l’air (air stripping) est le processus le plus populaire qui présente le meilleur rapport coût/efficacité, même lorsque le ratio air/eau nécessaire est élevé en raison de la faible volatilité du MTBE. Cette technique fait appel à des colonnes à garnissage vrac.
- La filtration sur charbon actif en grains (CAG) n’est pas une solution efficace (mauvaise adsorption en raison de la forte polarité du MTBE et percée rapide entraînant des coûts d’exploitation élevés). Pour des débits élevés à traiter et des concentrations en MTBE importantes, cette technique est alors, lorsqu’elle est utilisée, principalement installée en aval du processus d’air stripping, comme phase d’affinage.
- Les procédés d’oxydation avancée (AOP) qui utilisent les associations ozone/peroxyde d’hydrogène, UV/peroxyde d’hydrogène ou UV/ozone, se sont avérés efficaces pour éliminer les composés oxygénés, mais seuls des essais à l’échelle du laboratoire ou au stade pilote ont été effectués. Toutefois, les dépenses en immobilisations et les frais d’exploitation liés à ce type de procédé devraient être largement supérieurs à ceux de l’air stripping, voire même de la filtration sur CAG.

Le retour d’expérience sur les travaux, réalisés sur site industriel suite à la pollution détectée en 2009 en France (mise en évidence de mauvais goûts d’ether/solvant dans les eaux distribuées et détection d’ETBE dans la ressource), a confirmé l’analyse bibliographique soit une faible efficacité de la filtration sur CAG avec une meilleure performance pour les charbons à base de houille par rapport à ceux à base de coco et une bonne performance du stripping avec un coût d’installation et d’exploitation raisonnable. La possibilité d’un recours aux traitements membranaires (nanofiltration, osmose inverse) a également été mis en évidence sous réserve que leur mises en oeuvre ne soient pas uniquement motivées par l’élimination de l’ETBE ou du MTBE au regard de leurs forts coûts d’investissement et surtout d’exploitation.

Une étude pilote a été réalisée aux USA pour tester une technologie innovante de traitement du MTBE et de l’ETBE par membrane hydrophobe (pervaporation alliant stripping et membrane). Cette technologie, baptisée Liqui-Cel et dont le fabricant est Membrana-Charlotte, utilise une membrane en polypropylène pour éliminer les gaz dissous de l’eau. Les deux séries d’expériences menées ont montré que pour obtenir de bonnes performances, les membranes doivent être placées en série et pour obtenir un débit suffisant, elles doivent également être mises en parallèle. Ce procédé est plus compact qu’une tour de stripping mais aussi plus cher.