Traitement des eaux usées en usine : Comment les stations d’épuration s’intègrent dans les infrastructures et la planification de l’eau

« Le traitement des eaux usées dans les stations d’épuration semble être un sujet purement technique – tuyaux, réservoirs et permis de déversement. Mais les cadres de suivi qui sous-tendent la cible 6.3 des objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies l’envisagent comme quelque chose de plus vaste : une pierre angulaire de la protection de la santé publique, de la qualité de l’environnement et de la résilience climatique, étroitement liée à la manière dont les pays construisent des infrastructures hydrauliques et gèrent la planification de l’eau au fil du temps^.1

Cette perspective plus large est importante car les eaux usées ne se limitent pas à ce qui se passe à l’intérieur de la clôture d’une installation. Les cadres de surveillance permettent de suivre les flux de la production à la collecte, de la livraison au traitement, du niveau de traitement et du rejet final – car des défaillances à n’importe quelle étape peuvent faire en sorte que les eaux usées ne soient pas traitées en toute sécurité, même s’il existe des stations d’épuration^.2

Ce que signifie le terme « eaux usées » dans la pratique (et pourquoi les définitions sont importantes)

Le cadre de suivi des ODD définit les eaux usées de manière générale comme l’eau qui n’a plus de valeur immédiate par rapport à l’usage pour lequel elle a été utilisée, à l’exclusion de l’eau de refroidissement^.3 À partir de là, il distingue des catégories clés qui apparaissent dans les statistiques nationales et les responsabilités des usines :

Cette dernière distinction est essentielle : le traitement des eaux usées industrielles peut se faire dans des installations industrielles spécialisées ou à l’intérieur de sites industriels avant d’être déversé dans un égout municipal ; la frontière entre le traitement « industriel » et le traitement « urbain » peut donc être floue d’un point de vue opérationnel, en particulier en ce qui concerne les rapports^.3

Contexte mondial : Le déficit de traitement

Le rapport de 2024 sur l’état d’avancement des objectifs du Millénaire pour le développement (ODD) dresse un tableau mondial qui donne à réfléchir. Sur les quelque 268 milliards de m³ d ‘eaux usées domestiques produites dans le monde en 2022, seuls 155 milliards de m³ (58 %) ont été collectés, acheminés vers un centre de traitement, traités en toute sécurité et rejetés^.4

Cette lacune révèle une idée essentielle en matière de planification : de nombreux flux qui ne sont pas traités en toute sécurité ne sont jamais collectés en premier lieu. Les systèmes de collecte et l' »acheminement vers le traitement » doivent faire partie de la planification de l’infrastructure de l’eau, et pas seulement de l’expansion de la capacité de traitement^.5

Niveaux de traitement : Comment les régulateurs définissent la performance

Les ingénieurs considèrent souvent les niveaux de traitement comme des ensembles de technologies. Mais la surveillance réglementaire les définit par des résultats de performance et des seuils d’élimination quantifiables :

Traitement primaire

Traitement physique et/ou chimique impliquant la décantation des matières en suspension, dans lequel la DBO₅ est réduite d’au moins 20 % et le total des matières en suspension est réduit d’au moins 50 % avant le rejet^.6 Ces seuils de pourcentage proviennent des définitions du Programme commun OMS/UNICEF de surveillance utilisé pour suivre l’indicateur 6.3.1 de l’ODD – une convention de surveillance mondiale, et non une limite réglementaire nationale ou européenne contraignante.

Traitement secondaire

Traitement biologique post-primaire avec décantation secondaire, entraînant une élimination de la DBO ≥ 70 % et de la DCO ≥ 75 %. En vertu de la directive européenne sur le traitement des eaux urbaines résiduaires, la conformité pour ces paramètres peut être démontrée soit par ces réductions en pourcentage , soit par le respect des concentrations absolues de rejet – typiquement DBO₅ ≤ 25 mg/L, DCO ≤ 125 mg/L et total des solides en suspension ≤ 35 mg/L – selon ce qui estspécifié dans l’autorisation. Les procédés de traitement biologique naturel peuvent également être pris en compte si les constituants des effluents correspondent à ceux d’un traitement secondaire classique^.6

Traitement tertiaire

Traitement supplémentaire au-delà du traitement secondaire, ciblant l’azote et/ou le phosphore et/ou d’autres polluants affectant la qualité de l’eau. Mise en garde importante : les différentes efficacités d’élimination (par exemple, l’élimination de la pollution organique, l’élimination de l’azote, l’élimination du phosphore) sont exclusives et ne peuvent pas être simplement additionnées^.6

Stations d’épuration des eaux usées : Pourquoi elles sont au cœur de la performance nationale

Les stations d’épuration urbaines sont au centre des statistiques et des rapports nationaux sur les eaux usées – non pas parce qu’elles sont la seule source de traitement, mais parce qu’elles sont souvent le lieu où les données existent et où les flux convergent^.7

Cela a une importance stratégique : ce que les décideurs peuvent mesurer, ils ont tendance à le financer et à le réglementer. Si les données relatives aux installations municipales dominent les statistiques nationales, le traitement industriel et les installations plus petites restent souvent invisibles dans les processus de planification, ce qui crée des angles morts dans la stratégie d’infrastructure de l’eau^.7

Le cas de l’UE : la directive sur le traitement des eaux urbaines résiduaires

La directive de l’Union européenne relative au traitement des eaux urbaines résiduaires (UWWTD), adoptée pour la première fois en 1991, illustre la manière dont un cadre réglementaire à long terme structure le traitement des eaux usées dans le cadre de la planification de l’eau. Dans sa version de 1991, elle exige

• Systèmes de collecte et de traitement pour les agglomérations ≥ 2 000 équivalents-habitants
• Normes de concentration des rejets pour la pollution organique, les matières en suspension, le phosphore et l’azote (en fonction de la taille de l’agglomération et de la sensibilité des eaux réceptrices)
• Contrôle continu de la conformité par les États membres

En 2018, le taux deconformité global de l’UE avec la directive était de 82 % – unsignal fort de l’engagement réglementaire à long terme, mais aussi un rappel que la conformité totale est difficile à atteindre, même dans les économies avancées^.8

Ce que signifie le terme « performance » : Les polluants que les usines sont censées réduire

La performance du traitement est directement liée aux polluants visés par la réglementation et la surveillance. Les principaux résultats quantifiés sont centrés sur :

• Matière organique (mesurée en DBO₅ et DCO)
• Nutriments (azote et phosphore)
• Indicateurs microbiologiques (coliformes et indicateurs fécaux)

Le test de l’eau de baignade

L’amélioration des normes relatives aux eaux de baignade est l’un des principaux critères de mesure des résultats dans le cadre de la surveillance européenne. L’UWWTD a permis d’améliorer nettement le respect des normes « excellent » et « bon » pour les coliformes fécaux dans les eaux intérieures et côtières, ce qui montre que les mandats réglementaires peuvent produire des améliorations environnementales mesurables lorsqu’ils sont mis en œuvre de manière cohérente^.9

Traitement des eaux usées industrielles : Là où les lacunes sont les plus importantes

Les eaux usées industrielles sont un élément essentiel de la surveillance du traitement des eaux usées, mais les évaluations mondiales sont franches quant à la difficulté de les mesurer à l’échelle. Les obstacles sont notamment les suivants :

• Contraintes de confidentialité (les entreprises considèrent que les informations divulguées sont sensibles du point de vue de la concurrence)
• Sources d’approvisionnement en eau autonomes largement répandues (rivières et eaux souterraines non prises en compte dans les statistiques publiques)
• Une responsabilité institutionnelle fragmentée entre plusieurs agences
• Possibilité de double comptage lorsque les flux industriels sont traités à la source puis acheminés vers les systèmes municipaux

Ceci est important pour la planification de l’eau car de nombreux rejets « industriels » n’apparaissent jamais dans les mêmes systèmes de données que ceux utilisés pour les plans d’eau municipaux. Un plan de gestion de l’eau qui se contente d’optimiser les stations d’épuration des eaux usées risque de ne pas tenir compte d’une grande partie des flux industriels^.10

Pourquoi les performances « en usine » ne suffisent pas : Collecte, livraison et débordements

Les stations d’épuration ne peuvent pas traiter ce qui ne leur parvient jamais. Le cadre des objectifs du Millénaire pour le développement suit explicitement l’ensemble de la chaîne :

Production → Collecte → Livraison → Traitement → Rejet

Des défaillances à n’importe quel endroit de cette chaîne peuvent empêcher un traitement sûr. Les eaux usées qui ne sont pas acheminées vers une station d’épuration urbaine peuvent être rejetées par des canalisations d’extrémité directes, des débordements d’égouts unitaires ou des fuites dans les canalisations. Les eaux usées des fosses septiques peuvent ne pas être traitées si les systèmes ne sont pas correctement confinés ou si les boues vidangées sont éliminées de manière dangereuse^.11

Les débordements d’égouts unitaires : Un défi persistant

Même en cas de conformité totale avec la directive, les charges résiduelles provenant des débordements d’égouts unitaires et du ruissellement urbain peuvent être comparables à d’autres sources de pollution. Pendant les orages, une partie des eaux usées collectées peut être rejetée sans traitement par les déversoirs d’orage – des sources que la directive de 1991 n’abordait pas directement, et une lacune que la refonte de 2024 vise explicitement à combler^.12

Pour les praticiens, l’implication de la planification est claire : à mesure que les eaux usées par temps sec sont mieux traitées grâce à des stations d’épuration améliorées, les rejets dus aux tempêtes deviennent proportionnellement plus importants dans la charge environnementale globale^.13

Produits chimiques et micropolluants : Là où le traitement secondaire peut s’avérer insuffisant

L’une des mises en garde les plus fortes de la science émergente des eaux usées concerne les micropolluants chimiques – substances comprenant des produits pharmaceutiques, des produits de soins personnels, des produits chimiques industriels et des pesticides. Il s’agit d’un très grand nombre de substances qui n’ ont pas été explicitement ciblées par le traitement conventionnel des eaux usées urbaines, bien que la refonte de la directive sur les eaux usées urbaines de 2024 impose désormais un traitement quaternaire spécifique pour les micropolluants dans les grandes stations d’^{épuration14.}

L’efficacité de l’élimination de nombreux micropolluants est très variable et dépend de la technologie et des conditions d’exploitation, ce qui la rend difficile à prévoir à partir du seul niveau de traitement. Le coefficient de partage octanol-eau (log _Kow) est un indicateur utile : les composés hydrophobes ayant un log _Kow élevé (approximativement supérieur à 4) ont tendance à s’adsorber sur les solides des boues, tandis que les composés hydrophiles ayant un log _Kow faible restent dans la phase aqueuse et ne sont pratiquement pas traités. Certaines substances ne sont pratiquement pas affectées par le traitement conventionnel ; d’autres peuvent changer de voie de pollution (par exemple, de l’eau vers les boues) au lieu d’être éliminées^.14

Une liste de contrôle pratique pour la planification

Si vous élaborez des plans de gestion de l’eau qui prévoient la modernisation des installations de traitement des eaux usées, ces cadres suggèrent une logique de planification plus large que la sélection des équipements :

1. Définir le « succès » comme des résultats traités en toute sécurité, et pas seulement comme la « capacité installée ». Dans ces cadres, « traité en toute sécurité » signifie la conformité aux normes ou un traitement correspondant à des processus secondaires ou supérieurs^.15
2. Planifier sur l’ensemble de la chaîne : collecte → livraison → traitement → rejet. Le cadre des objectifs du Millénaire pour le développement recense explicitement les défaillances telles que les OSC, les fuites d’égouts et les problèmes de confinement des fosses septiques, qui peuvent empêcher un traitement sûr, même lorsque des stations existent^.11
3. Traiter la pollution causée par les tempêtes comme un élément structurel du système. Les charges provenant des déversoirs d’orage et du ruissellement urbain peuvent être comparables aux charges restantes, même dans le cadre de scénarios de mise en conformité rigoureuse^.12
4. Séparer (et réconcilier) la comptabilité industrielle et urbaine. La fragmentation des responsabilités, l’auto-approvisionnement en eau, les obstacles à la confidentialité et le risque de double comptage rendent les flux industriels invisibles dans les statistiques municipales^.10
5. Méfiez-vous des micropolluants. De nombreux produits chimiques ne sont pas éliminés de manière fiable par le traitement conventionnel, et l’élimination peut être très variable ; des substances telles que les PFAS ne sont pratiquement pas affectées. Lorsque la refonte de l’UWWTD de 2024 s’applique, tenez compte des obligations à venir en matière de traitement quaternaire^.14

Questions fréquemment posées

Conclusion : « L’importance de l’usine, mais seulement dans le cadre du système global

Les stations d’épuration des eaux usées sont le point d’ancrage visible de la stratégie en matière d’infrastructure de l’eau. Mais leurs performances ne peuvent être comprises que dans le cadre d’un système plus vaste : réseaux de collecte, fiabilité de l’approvisionnement, gestion des tempêtes, intégration industrielle et contrôle des nouveaux contaminants.

C’est exactement là que la stratégie d’infrastructure de l’eau rencontre la réalité de la planification de l’eau : il ne s’agit pas seulement de décider du niveau de traitement existant sur le papier, mais de veiller à ce que les eaux usées soient collectées, acheminées, traitées pour obtenir au moins des résultats secondaires (ou meilleurs) et rejetées de manière à protéger véritablement les eaux réceptrices et la santé publique^.1511