La production d’eau potable, un enjeu majeur de santé publique

L’approvisionnement en eau potable est un problème majeur de santé publique. Depuis la fin du XIXe siècle, de grands progrès ont été réalisés de la découverte de la microbiologie à l’analyse des traces superchimiques. C’est l’une des principales raisons de l’amélioration de la santé publique. Le Français moyen consomme 150 litres d’eau potable par jour, mais la quantité d’eau extraite à la source est 50% plus élevée. Après le chapitre consacré à la technologie de production d’eau potable, bien que ce soit pour les microorganismes (comme le cryptosporidium, les cyanotoxines, etc.) et les produits chimiques (comme les pesticides, les résidus de médicaments, etc.). Cet article a résumé l’impact attendu du changement climatique que certaines personnes ont observé.

L’eau destinée à la consommation humaine, également appelée eau potable, est définie par la réglementation comme « une eau qui ne contient pas un certain nombre ou une certaine concentration de micro-organismes, de parasites ou de toute autre substance qui présente un risque potentiel pour la santé humaine et respecte certaines personnes. Restrictions de qualité et numéro de référence ». Ainsi, chaque Français d’une zone résidentielle consomme généralement en moyenne 150 litres d’eau par jour, ce qui est une eau de très haute qualité, dont 10% seulement sont utilisés pour boire et cuisiner. Les prélèvements correspondants d’eau souterraine et de surface représentent 18% de la demande totale du pays, et si les prélèvements d’eau pour la production d’électricité ne sont pas pris en compte, il est de près de 42%. Par conséquent, étant donné l’impact attendu du changement climatique sur la disponibilité et la qualité des ressources, les bénéfices dans ce domaine sont très importants et inquiétants.

1. Approvisionnement en eau potable: un problème de santé publique majeur

1.1. La découverte d’agents pathogènes

Après avoir reconnu les risques sanitaires liés à l’eau, la relation entre les grandes épidémies de choléra et de typhoïde en Europe et la pollution des eaux usées a été établie. En France, ces observations ont conduit à la première circulaire ministérielle en 1900, qui déclarait que l’analyse chimique (très simplifiée à l’époque) était insuffisante pour évaluer la salubrité de l’eau, mais une analyse microbiologique était nécessaire et aucune méthode n’était précisée. Le premier projet de règlement proposera une exigence de base en 1962, mais il est difficile de vérifier: «Il n’y a pas d’agents pathogènes». En termes de contrôle, c’est l’absence de certaines bactéries dites «de test» qui est considérée comme représentant le risque extrêmement faible de peur de pathogènes célèbres tels que Salmonella et Shigella.

Cet objectif sanitaire d ‘«absence de germes tests» a aujourd’hui prouvé son efficacité. Il est probablement responsable de certains des énormes progrès de la santé publique au XXe siècle. C’est en effet l’intérêt de la filtration de l’eau qui est mis en avant depuis la fin du 19ème siècle, au moment des grandes épidémies. C’est dans le premier quart du 20ème siècle que se développent les procédés de filtration lente et de désinfection (blanchiment, ozonation, iodation), puis la clarification par coagulation consiste à mélanger rapidement l’eau à traiter avec un (ou plusieurs) réactif (s) chimique (s) ) pour déstabiliser les particules colloïdales (très fines) de l’eau, puis les agglomérer sous agitation lente (floculation, coagulation), afin de les décanter (ou filtrer) plus facilement. Dans les années 60 et 70, le traitement de l’eau pour la production d’eau potable était encore très simplifié. Les eaux souterraines sont simplement pompées et chlorées (ou «blanchies») et le traitement des eaux de surface est conçu selon le schéma classique «pré-chloration fréquente, puis clarification (coagulation, floculation, décantation, filtration sur sable) et enfin désinfection par chloration».

1.2. Progrès continus dans la détection des molécules toxiques

Au cours des dernières décennies, de nombreuses molécules chimiques ont été détectées et quantifiées dans les eaux naturelles et les progrès de la toxicologie et de l’épidémiologie ont permis d’évaluer leurs effets sur la santé. La plupart de ces nouvelles substances sont dues à l’augmentation de la production et de l’utilisation de composés naturels (engrais, métaux, etc.) et de nouvelles molécules de synthèse (pesticides, médicaments, cosmétiques, etc.). Certains de ces polluants se trouvent dans l’eau destinée à la consommation humaine depuis longtemps, parfois à des concentrations plus élevées qu’aujourd’hui. Cependant, les réglementations antérieures ne les prenaient pas toujours en considération, soit parce qu’elles étaient considérées comme sûres en raison de leur toxicité inconnue, soit pour de nombreuses personnes, car elles ne pouvaient pas être analysées aux concentrations actuelles. Sous-produits de désinfection au chlore gazeux ou à l’eau de javel, résultant de réactions chimiques entre l’oxydant «chlore» et la matière organique dissoute présente (naturellement ou non) dans l’eau, les bromates, les monomères matériels, les hormones naturelles, etc.) Pour la plupart d’entre eux, le risque est principalement de long terme et la réglementation est désormais établie en ce sens avec la notion de concentration maximale admissible à respecter.

En l’absence de mesures préventives très efficaces, et comme le risque ne sera jamais nul, le système de traitement doit être ajusté en fonction de la conception du système de traitement ou du processus de rééducation. Le premier processus simple mentionné ci-dessus n’a pas été suffisant depuis longtemps. Désormais, il utilise un procédé de traitement spécifique permettant d’éliminer spécifiquement les substances chimiques (fer, manganèse, nitrate, etc.) présentes dans l’eau (nappe phréatique) et / ou de raffinage (généralement utilisée pour les eaux de surface) pour éliminer le courant ou Contamination accidentelle.

En conséquence, de nombreux processus avancés sont apparus au cours des dernières décennies (voir section 3). Les membranes de filtration membranaire qui ont débuté dans les années 1980 représentent sans aucun doute le saut technologique le plus important dans le domaine de la production d’eau potable. Mènera-t-il au concept d ‘«eau sans chlore» recherché depuis les années 1990? Compte tenu de la nécessité de distribuer l’eau dans des réseaux encore très sensibles au développement de contaminations microbiennes, cela est encore impensable dans la plupart des cas aujourd’hui.

2. De quels besoins en eau potable et de quelles ressources?

Environ 10% (0,7 milliard) des habitants du monde n’ont pas accès à une eau potable de qualité suffisante (ils étaient plus de 3 milliards à la fin des années 1990). La demande en eau potable dans le monde sera de plus en plus importante avec l’augmentation de la population et le réchauffement climatique, un défi considérable, en particulier pour les pays avec moins de 1 000 m3 par habitant d’eau douce renouvelable. La France dispose de 2 600 m3 d’eau douce renouvelable par habitant, avec de fortes disparités géographiques et saisonnières. Cela correspond à un total de 170 à 175 milliards de m3 , dont 5,4 milliards de m3  (5,4 km3) sont prélevés pour la consommation humaine, dont un peu moins des 2/3 sont des eaux souterraines et le reste des eaux de surface.

Ce prélèvement de 5,4 km 3 pour produire de l’eau potable pour 67 millions d’habitants correspond à une moyenne de 80,6 m 3 par habitant et par an (soit 221 litres par jour). En 2012, la consommation moyenne est de 54 m 3 / hab / an. Il est plus élevé dans les zones urbaines que dans les zones rurales. Cette consommation moyenne, plus élevée dans un passé récent, a progressivement diminué à partir des années 1990, principalement en raison d’un souci de réduction des factures d’eau, mais aussi en raison de changements de comportement. La différence entre l’extraction des ressources et la consommation domestique (au robinet du consommateur) a plusieurs origines. La perte d’eau dans le réseau de distribution, un ensemble d’éléments (tuyaux, réservoirs,…) servant à distribuer l’eau potable entre le point de vente de l’usine (eau pompée) et le robinet du consommateur (eau distribuée), relativement constant depuis une quinzaine d’années, est estimé à environ 15,6 m 3  par habitant et par an. D’autres pertes (dans l’usine de production), la consommation du secteur tertiaire, du secteur public et du secteur industriel (consommation d’eau potable) expliquent l’écart restant.

Que deviendra cette consommation dans les décennies à venir? Cela est difficile à prévoir tant que les plans d’adaptation au changement climatique ne sont pas définis et mis en œuvre. Certaines études prévoient une augmentation de la consommation de l’ordre de 1,5% à 2% par degré d’augmentation de la température moyenne de la France en raison du changement climatique. Cependant, ces chiffres semblent faibles au regard des augmentations de consommation enregistrées lors de la «canicule» de juin 2017, par exemple en Nouvelle-Aquitaine. Les mesures d’adaptation devraient limiter ces augmentations.

La qualité des ressources utilisées pour produire de l’eau potable varie fortement selon les types de substances présentes (naturelles et anthropiques; voir tableau). On peut en effet y trouver:

De plus, de nouvelles impuretés sont introduites par le traitement et la distribution, telles que les réactifs de traitement résiduels (aluminium, fer), les sous-produits de désinfection (trihalométhanes, bromates, chlorites), le plomb et les monomères de matériaux en contact avec l’eau. La présence de ces impuretés entraînera différents problèmes à résoudre lors du traitement de l’eau.

3. Production et distribution d’eau potable en France

En France, le nombre de prélèvements est estimé à environ 30 000 (dont environ 95% dans les eaux souterraines), mais 90% de ces prélèvements ne produisent que 21% des volumes. Le volume total capté représente en moyenne 15 millions de m3 par jour (5,4 km3 par an), dont 2/3 d’eau souterraine et 1/3 d’eau de surface (voir Karst, une ressource en eau renouvelable dans les roches calcaires). Environ 80% des ressources en eau de surface pour l’approvisionnement en eau potable sont l’eau courante (rivières, canaux) et 20% des eaux stagnantes (dont 13% des barrages et réservoirs). En termes de structures, l’approvisionnement en eau potable en France comprend environ 3000 usines et stations, plusieurs centaines de milliers de km de canalisations et plus de 10 millions de m 3 de la capacité du réservoir, ou une journée de consommation moyenne.

La mise en place d’un système de traitement pour la production d’eau potable nécessite le montage de nombreux procédés de traitement des eaux (ou opérations unitaires) dans un ordre donné pour produire une eau et une eau agréables et désinfectées. Se conformer aux exigences réglementaires tout en minimisant la formation de sous-produits de transformation. J’ai rencontré quelques difficultés techniques: peu de ressources de qualité, l’influence d’Internet sur la qualité de l’eau allouée, et de plus en plus de méthodes disponibles. Une autre difficulté à surmonter est que, par rapport à ne pas avoir peur de l’eau en bouteille, les consommateurs ont une demande croissante pour le goût de l’eau et se méfient de la qualité de l’eau du robinet. Boire de plus en plus de médias entretient également ce genre de méfiance sur cette question, parfois même à l’origine de l’erreur.

L’entreprise de traitement des eaux doit produire une eau insipide et surtout sans chlore, bien que le respect de la réglementation exige que l’eau soit désinfectée avant et pendant la distribution. La minimisation du goût de chlore ne peut être obtenue qu’en appliquant de faibles doses de ce réactif ou de ses dérivés, c’est-à-dire sur une eau d’excellente qualité, ce qui nécessite un traitement efficace avant la désinfection finale.

Un système de traitement des eaux destinées à la consommation humaine doit comporter en priorité une excellente désinfection précédée de trois groupes d’étapes de traitement possibles illustrées à la figure 2: prétraitements physiques et chimiques , clarification , traitements de raffinage .

Les prétraitements sont très fréquents dans le traitement des eaux de surface. Ils peuvent être physiques à la prise d’eau ou sur l’usine (criblage, dessablage, décantation, déshuilage, microsizing) et chimiques (pré-oxydation par ozonation , désinfection de l’eau et processus d’oxydation des polluants qui consiste à injecter un mélange d’oxygène et d’ozone (fabriqué in situ) dans l’eau à traiter, reminéralisation consiste à restituer une minéralisation suffisante à l’eau (pour éviter la corrosion notamment) par injection de calcium et carbonates partiel pour eau très douce). À partir des eaux souterraines, le prétraitement, s’il est disponible, dépend des caractéristiques particulières de l’eau. Il peut s’agir par exemple d’une oxydation (élimination du fer, du manganèse, de l’azote ammoniacal) ou d’une simple aération (pour les mêmes applications et pour le dégazage).

L’ensemble des étapes suivant le prétraitement est généralement mis en œuvre pour les eaux de surface. C’est une clarification complète , avec coagulation, floculation, décantation (ou flottation) et filtration. Pour certaines eaux de faible turbidité (lac, nappe alluviale, nappe karstique), une simple (ou double) filtration avec coagulation sur filtre ou une filtration sur membrane ou plaques ou tubes organiques, retenant physiquement les particules et micro-organismes par filtration directe ( microfiltration procédé utilisant des membranes capables de retenir, par filtration directe, des particules de l’ordre du micromètre (cf. membranes), procédé d’ ultrafiltration utilisant des membranes capables de retenir, par filtration directe, des particules de l’ordre de plusieurs dizaines de nanomètres (cf. membranes),procédé de nanofiltration utilisant des membranes capables de retenir, par filtration directe, des particules et espèces dissoutes de l’ordre de quelques nanomètres (cf. membranes) ou de séparer les espèces dissoutes par phénomène osmotique ( procédé d’ osmose inverse utilisant des membranes capables de retenir, par phénomène osmotique (inversé ) sous haute (ou basse) pression, l’ultrafiltration de toutes (ou presque toutes) les substances dissoutes dans l’eau (cf. membranes) peut être suffisante.

Les étapes de raffinage ont longtemps consisté en une filtration sur des solides de charbon actif sous forme de granulés ou de poudres, résultant de la calcination de matières carbonées (bois, charbon, noix de coco, etc.), avec des propriétés d’adsorption importantes, notamment vis-à-vis des micropolluants organiques ( pesticides par exemple) sous forme granulaire, souvent précédée d’une ozonation. Bien qu’également utilisé dans les eaux souterraines, notamment lors de la dénitrification ou de l’élimination des pesticides, ce traitement de raffinage consiste à ajouter à la fin du procédé traditionnel de traitement des eaux, un ou plusieurs procédés supplémentaires qui permettront d’affiner la qualité de l’eau traitée sur certains paramètres chimiques (matière organique naturelle, micropolluants,…) et microbiologiques (virus, parasites,…). Il est plutôt réservé aux eaux de surface. Les unités traditionnelles de traitement des eaux de surface ont progressivement évolué ces dernières années, à ce niveau, par l’introduction de nouvelles technologies combinant l’injection de charbon actif en poudre (PAC) et un procédé de séparation liquide / solide (ultrafiltration ou décanteur haute performance) ou par nanofiltration ou même osmose inverse basse pression.

4. Les réglementations et contrôles sont-ils à la hauteur de la tâche? Quels sont les risques?

Les lignes directrices pour l’eau de consommation humaine (ou eau potable) sont généralement établies au niveau mondial par l’Organisation mondiale de la santé, puis reprises au niveau européen, sous forme de lignes directrices, avant d’être traduites et parfois durcies au niveau national par des décrets et les commandes. Ils sont mis en œuvre par les préfets et les agences régionales de santé (ARS) et in fine par les responsables de la production et de la distribution de l’eau (responsables PRPDE de la production et de la distribution de l’eau) et des maires. Les objectifs sous-jacents sont, bien entendu, zéro mortalité, la morbidité la plus faible possible et une contribution à la santé publique par la qualité de l’eau. C’est parfois sur la base d’études épidémiologiques et toxicologiques et, plus souvent, d’expériences sur des animaux avec extrapolations à l’homme, que des «standards» sont établis, le tout dans le but de délivrer une eau agréable à boire.

4.1. Réglementations imposées par l’Union européenne

La réglementation moderne en France repose sur des décrets datant de 1989 à 1991 (basés sur la première directive européenne de juillet 1980), qui ont fixé, en plus d’indicateurs microbiologiques («tests germinatifs»), des concentrations maximales admissibles pour de nombreux paramètres chimiques. Ils ont également prescrit un contenu analytique associé à des fréquences d’échantillonnage qui tiennent compte de la nature de l’eau et de la population desservie par le réseau.

Aujourd’hui (en 2017), la dernière directive européenne de décembre 1998 est en vigueur, sous sa forme transposée en droit français en 2001, puis son introduction dans le code de la santé publique en 2003, complétée par plusieurs décrets et arrêtés régulièrement publiés. Le champ d’application de cette réglementation couvre toutes les eaux qui, en l’état ou après traitement, sont destinées à la consommation, à la cuisson, à la préparation des aliments ou à d’autres usages domestiques, quelle que soit leur distribution, y compris les «eaux de source», mais à l’exception des «eaux minérales ».

Comme déjà précisé dans l’introduction, la réglementation définit l’eau destinée à la consommation humaine comme ne contenant pas un nombre ou une concentration de microorganismes, de parasites ou de toute autre substance constituant un danger potentiel pour la santé humaine et répondant à un certain nombre de limites et de références de qualité définies par le décret .Pour atteindre cet objectif, une liste d’exigences de qualité de l’eau du robinet des consommateurs est spécifiée. Il comprend une soixantaine de paramètres, la moitié sous forme de «limites de qualité», des paramètres susceptibles d’avoir des effets immédiats ou à plus long terme sur la santé des consommateurs, et l’autre moitié sous forme de «références de qualité», substances sans santé directe impact à des concentrations habituellement trouvées dans l’eau mais qui peuvent indiquer une dérive de la qualité de l’eau et / ou un dysfonctionnement des installations.

Il est à noter que cette liste de paramètres à analyser et de concentrations à respecter n’est pas suffisamment complète pour assurer à elle seule une garantie totale d’absence de risques chimiques et d’absence de microorganismes pathogènes. Les règlements fixent d’autres types d’obligations, telles que les règles techniques de protection et de prévention, les procédures administratives, les procédures de contrôle de la qualité, les dispositions relatives à l’information des autorités et des consommateurs, les dispositions relatives à la gestion des crises, etc.

4.2. Outre la réglementation, le contrôle interne de l’eau distribuée

Le contrôle interne doit être assuré par les responsables de la production et de la distribution de l’eau (PRPDE), sur la performance et la qualité du package «ressource, traitement, distribution». L’un des principaux éléments à prendre en compte lors de la définition d’un programme de contrôle est la qualité (et son évolution) de l’eau brute et traitée départ usine et, bien entendu, de l’eau distribuée. En outre, l’examen des installations au niveau de l’usine et du réseau d’eau, la mise en œuvre de mesures correctives, des enquêtes et études, et des informations. Ce contrôle interne est combiné à un contrôle réalisé par un laboratoire officiel dans les conditions fixées par la réglementation.

D’un point de vue microbiologique, le respect des valeurs paramétriques de la réglementation (ne comprenant que 2 organismes d’essai «obligatoires»: Escherichia Coli et Enterococci) ne peut à lui seul garantir l’absence totale d’agents pathogènes. En effet, il n’y a pas d’ obligation de résultats à témoigner de l’absence totale et permanente des « micro – organismes, de parasites ou d’autres substances qui constituent un danger potentiel pour la santé humaine « , en particulier en ce qui concerne une augmentation de la proportion des populations à risque. De plus, le seuil de risque microbiologique pour la santé (annoncé comme 10-4) est parfois irréalisable par contrôle analytique Pour certains paramètres. C’est le cas, par exemple, du Cryptosporidiumparasite, pour lequel le respect de ce risque nécessiterait l’analyse d’un échantillon de plusieurs dizaines de m 3 .

Au niveau chimique, la présence de nouveaux risques émergents n’est pas encore prise en compte par le contrôle sanitaire (résidus pharmaceutiques, cosmétiques, nanoparticules, etc.). Les contrôles ne sont pas toujours assez fréquents, notamment pour les petites unités de distribution (moins de 5 000 habitants) pour lesquelles la réglementation n’exige qu’un nombre limité de contrôles (moins d’une fois par mois). Cela représente 16 millions d’habitants pour qui la distribution d’eau potable présente près de 12% de non-conformité microbiologique (contre 4% de non-conformité pour l’ensemble de la population française). De plus, pour toutes les unités, la vérification des non-conformités est préventive pour les volumes futurs mais uniquement réactive pour les volumes passés. Aussi rapide que cela puisse être, le «mal est fait».

Il devient donc nécessaire de compléter les obligations réglementaires par des obligations de moyens pour assurer la protection des consommateurs dans les meilleures conditions connues à ce jour, à travers une analyse des risques sanitaires. Cette analyse doit inclure l’identification et la caractérisation de l’évaluation des dangers et de l’exposition, la gestion des risques par la mise en œuvre de moyens techniques et organisationnels pour la maîtriser (concept de secteur «multi-barrières»), la communication aux différents acteurs, accompagnée d’une analyse des malentendus possibles et des solutions qui peuvent y remédier.

5. L’impact des changements climatiques

5.1. Sur la quantité d’eau disponible

Les preuves scientifiques actuelles montrent que le changement climatique, déjà à l’œuvre en France, aura des conséquences importantes et alarmantes sur les ressources de certaines zones géographiques particulièrement touchées. C’est le cas par exemple du grand sud-ouest de la France, pour lequel les projections sur 2050 prévoient une diminution moyenne des débits naturels des rivières de 20 à 40% et une diminution de la recharge des nappes phréatiques de 30 à 55%. Il est donc possible d’envisager une raréfaction de la ressource disponible, notamment lors d’épisodes de chaleur extrême et de sécheresse et, en conséquence, une augmentation des conflits d’usage et de la surconsommation d’eau potable (voir § 2).

5.2. Sur la qualité de la ressource

Une dégradation de la qualité des ressources en eau de surface est également à craindre en période de sécheresse ou de pluies abondantes et soutenues. L’augmentation de la température, des nutriments et des engrais, et la diminution correspondante de l’oxygène, d’éventuelles intrusions de salinité, auront inévitablement un impact sur la qualité microbiologique. Le réchauffement entraîne une augmentation probable des espèces envahissantes, souvent thermophiles et opportunistes, et des risques liés aux endotoxines et aux parasites.

De plus, à qualité et quantité constantes des rejets anthropiques, l’effet d’une moindre dilution de la pollution, couplé à une probable remobilisation des polluants déjà présents dans les sédiments, entraînera une augmentation de la micro-pollution organique et minérale. La question de la qualité de la ressource d’approvisionnement en eau potable à partir des eaux de surface se posera également, surtout lorsque cette ressource est la seule disponible. Quelles barrières peuvent être envisagées pour satisfaire l’augmentation probable en «eau brute» de certains paramètres de qualité tels que les parasites, les cyanotoxines, le carbone organique naturel (précurseur de sous-produits toxiques de désinfection), les micropolluants, etc. ? Le développement de technologies énergivores et l’utilisation plus systématique de réactifs chimiques pour le traitement des eaux à «potabiliser» sont bien sûr des solutions curatives à ces problèmes d’eau brute dégradée, mais à quels coûts et avec quels effets?

Quel sera l’impact du changement climatique sur la qualité des eaux souterraines étant donné que les sols contiennent encore des proportions importantes d’engrais et de produits phytosanitaires (et de leurs métabolites) destinés à «s’échapper» vers les eaux souterraines, d’autant plus en raison des augmentations de température et des événements hydrologiques extrêmes ? Face à la baisse de la disponibilité des eaux de surface, à l’augmentation significative de la population près de la côte et à l’augmentation de la demande d’eau potable par habitant, le passage aux eaux souterraines apparaîtra comme une solution. En termes de qualité, les risques majeurs de surexploitation seront alors des transferts amplifiés de polluants vers les aquifères profonds et, plus localement, des remontées d’eau probables du biseau salin (frontière entre eau de mer et eau douce dans les aquifères côtiers).

5.3. Un plan d’adaptation essentiel

Que ce soit pour les eaux de surface ou souterraines, un plan d’adaptation au changement climatique est essentiel pour faire face à la détérioration hautement probable de la qualité naturelle de l’eau. Ce plan consistera principalement à augmenter le niveau de collecte et d’épuration des rejets, à limiter les pollutions diffuses et à optimiser les rejets pour compenser la baisse quantitative des ressources. Il doit être mis en œuvre rapidement sous peine de compliquer la production d’eau potable et de nuire au milieu naturel.

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