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De nos jours, dans le cadre de la gestion des eaux urbaines, la grande majorité des concepts fait appel à la centralisation totale (colonne de droite de la figure 6). En raison d’apparition de nouvelles formes d’organisations (contracting, etc.) les solutions décentralisées qui bénéficient d’un coût peu élevé devront se développer. Elles ne devront être prises en charge que par le pro-priétaire des bâtiments. Par exemple, un concept semi-centralisé permet de diminuer la section des conduites d’eaux usées et donc de réduire le volume nécessaire, ce dont profite le fournisseur. Exemple de traitement décentralisé des eaux usées

• Séparation de l’urine, des corps lourds et des corps suspendus

• Séparation des concentrés des eaux usées des ménages. Système nécessitant peu d’énergie grâce à l’utilisation de la technique à membrane

• Traitement anaérobique des concentrés (bio-gaz)

• Epuration, dans des bio-réacteurs à mem-brane, des flux sans corps solides

• Optimisation du stockage en cas d’installations de neutralisation

• Recyclage de l’azote Société à 20 litres Utilisation Eau

potable Eau

sanitaires Eau grise Eau

chaude Eau potable X Rinçage des toilettes X X Douches / bain X X Irrigation du jardin X X Cuisson X Machine à laver X X Nettoyage X X Lavage de la voiture X X Consommation totale : 165 litres = 100 %

20 litres = 12 %

89 litres = 54 %

56 litres = 34 %

51 litres = 2 KWh/

Pers / jour

Figure 7 : Substitution de l’eau potable Dans le cas d’une substitution conséquente de l’eau potable, dont l’emploi est inapproprié pour un nombre important d’utilisations, le besoin en eau potable pourrait être considérablement ré-duit : la consommation actuelle en Suisse, soit 160 litres par personne et par jour, pourrait vrai-semblablement être limitée à 20 litres. De plus, en utilisant la chaleur des eaux usées, il est pos-sible de valoriser une quantité importante d’énergie (environ 4-8 kWh/personne). Grâce à cette substitution, les infrastructures de transport de l’eau potable peuvent être réduites. Celles-ci représentent, à l’heure actuelle, les ¾ de la va-leur des travaux de remise en état. De plus, une réduction de cette part signifie une flexibilité plus élevée (par exemple, accroissement de la popu-lation, nouvelles zones d’habitation, etc.).

Perspectives pour le « château d’eau » Suisse L’eau consommable à disposition des êtres hu-mains est un bien rare. En outre, les besoins en eau pour l’agriculture ou pour la fabrication des biens tendent à augmenter. C’est pourquoi l’utilisation intelligente de cette ressource et la lutte contre les pollutions liées prennent une importance de plus en plus grande, et ce à tous les niveaux. La Suisse, en sa qualité de château d’eau de l’Europe, devrait être un exemple dans le traite-ment de cette ressource naturelle. Et ceci non seulement pour des raisons environnementales, mais également pour que les infrastructures liées à l’eau et leur maintenance restent à un coût abordable. Dès aujourd’hui, il devient peu à peu rentable, pour les personnes privées, de pouvoir, grâce à la mise en œuvre de mesures tech-niques, réduire les quantités d’eaux usées. De plus, l’évidente interdépendance entre l’utilisation de l’eau et de l’énergie est très significative et devrait s’ouvrir sur une voie d’interdisciplinarité. Par une gestion durable de l’eau associant aug-mentation de l’efficacité et techniques de substi-tution, nous pouvons atteindre une réduction conséquente de la consommation journalière d’eau potable. Cette démarche permet en outre de réduire la pollution et de rendre le recyclage plus efficace. Le but reste le même : s’assurer que les systèmes mis en place aujourd’hui res-tent adaptés dans le futur et ce à des les coûts supportables tant pour les personnes privées que pour les pouvoirs publics. Nos prestations

• Stratégies et concepts de gestion de l’eau • Analyses de flux des matières • Concepts d’utilisation des eaux de pluie • Plan général d’assainissement des eaux • Analyse de l’état des installations • Préparation de l’eau chaude sanitaire par voie

solaire / traitement des eaux usées • Concepts de traitement décentralisé des eaux

usées Contacts alexis.coral@amstein-walthert.ch Technicien sanitaire ET

octobre 2007

L’eau est la ressource naturelle la plus im-portante sur terre car, sans elle, aucune vie n’est possible. De ce fait et face aux nom-breux conflits d’intérêts qu’elle suscite, la protection de l’eau potable doit rester une priorité absolue. Dans le cadre d’une ges-tion efficace de l’eau, il est possible au-jourd’hui d’élaborer des solutions qui évi-tent dès le départ de nuire au système hy-drologique et qui, grâce à des moyens de substitution et à l’augmentation de l’efficacité, réduisent la consommation en eau potable. De plus, les besoins en énergie et en eau d’un site présentent un grand po-tentiel de synergie dont la mise en applica-tion augmente l’efficacité globale du sys-tème.

Figure 1 : Une gestion des eaux urbaines compatible avec les besoins futurs nécessite la mise en place de solutions non seulement au niveau des bâtiments, mais aussi des quartiers et des agglomérations

Bien que l’eau soit généreusement présente sur notre planète, la part d’eau potable exploitable reste relativement faible. Une capacité de prélè-vement inférieure à un million de litres par per-sonne et par an peut être considérée comme symptomatique d’un manque d’eau. Compte tenu des écarts des niveaux de précipitation, le vo-lume d’eau n’est pas renouvelable partout, et même en Suisse, en raison des changements climatiques prévisibles, on peut s’attendre à avoir à faire face à des manques saisonniers. Les défis majeurs en matière de gestion efficace de l’eau résident dans sa disponibilité et dans les besoins énergétiques nécessaires à son épura-tion. Les nuisances affectant le système hydro-logique entraînent une dépense d’énergie L’eau n’est pas seulement notre ressource natu-relle la plus précieuse, elle possède également des propriétés physiques uniques. La molécule d’eau, en raison de la répartition inhomogène des électrons, donne un solvant polaire dans lequel divers corps étrangers se dissolvent très facilement. Il en résulte que le traitement de l’eau potable ainsi que l’épuration de l’eau polluée sont très coûteux et entraînent souvent des dé-penses élevées en énergie. De ce fait il faut accorder une grande importance à l’utilisation efficace de l’eau. Les infrastructures soumises à la pression des coûts de rénovation La fourniture d’eau potable de qualité irrépro-chable ainsi que son épuration après utilisation sont des conditions impératives à notre bien-être. Les infrastructures nécessaires à cette fin sont, la plupart du temps, financées et entretenues par les pouvoirs publics. Cependant, ceux-ci sont soumis à de fortes pressions visant la réduction de leurs dépenses et auront de la peine, à l’avenir, à faire face aux exigences croissantes concernant la qualité des infrastructures et de l’eau elle même. De nouveaux concepts en ma-

Réinventer le cycle de l’eau

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tière de gestion des infrastructures devraient permettre de solutionner ces problèmes. Pour-tant, tout ceci ne pourra être rendu possible que si l’on prend dès maintenant, au niveau des bâ-timents, des entreprises industrielles et des zones plus ou moins vastes, des mesures ap-propriées compatibles avec l’évolution à moyen et long terme des besoins et des infrastructures de production, distribution et épuration de l’eau. Des besoins élevés en investissements La plupart des infrastructures de gestion des eaux urbaines ayant été érigées dans les années soixante et soixante-dix, nous sommes confron-tés aujourd’hui à des besoins croissants de ré-novation et d’assainissement. En Suisse, le coût de renouvèlement des infrastructures de distribu-tion et de traitement des eaux peut être évalué à environ CHF 150 milliards ; les investissements à prévoir dans un futur proche étant estimés à environ CHF 10 milliards. Des incertitudes dans l’évolution des besoins à long terme au niveau des infrastructures et dans l’estimation de la durée de vie des installations existantes et nou-velles rendent difficile le choix des investisse-ments à privilégier. Des concepts centralisés aux concepts dé-centralisés Le concept actuel privilégiant les installations centralisées pour la gestion des eaux urbaines doit être repensé. Afin de s’adapter aux exi-gences futures, il paraît judicieux d’étudier des solutions partiellement décentralisées. Les faits suivants parlent en faveur de nouvelles solu-tions : • nouveau cadre légal • diminution de la stabilité financière des com-

munes • prise en charge des micropolluants • nouvelles technologies • croissance de la population et développement

de l’économie

Introduction Développement Stagnation

• Investissements élevés• Chances de marché peu sûres• Investissements institutionnels• Mise à disposition de capitaux• Coûts élevés pour des petitesquantités

• Progrès techniques endogènes

• Formation du marché• Pouvoirs économiques• Effet d’échelle• Expérience• Coût irrécupérable• Production de masse diminuant

les coûts

• Nouvelle demande• Affaiblissement de l’économie• Progrès techniques exogènes • Lock-in

Temps

Installations décentralisées futures Installations centralisées actuelles

Introduction Développement Stagnation

• Investissements élevés• Chances de marché peu sûres• Investissements institutionnels• Mise à disposition de capitaux• Coûts élevés pour des petitesquantités

• Progrès techniques endogènes

• Formation du marché• Pouvoirs économiques• Effet d’échelle• Expérience• Coût irrécupérable• Production de masse diminuant

les coûts

• Nouvelle demande• Affaiblissement de l’économie• Progrès techniques exogènes • Lock-in

Temps

Installations décentralisées futures Installations centralisées actuelles

Figure 2 : Cycle de vie et processus d'innovation Les toutes dernières technologies destinées à accroître l’efficacité et à abaisser les dépenses en eau au niveau des infrastructures de produc-tion et de distribution ainsi que des bâtiments sont encore trop peu mises en œuvre. Les con-cepts innovateurs à mettre en place doivent prendre en compte la gestion de l’eau dans sa globalité.

Les besoins en eau augmentent dans le monde entier D’une manière générale, on s’aperçoit qu’il y a déjà des régions qui souffrent d’un important manque d’eau et dont la situation, dans le cadre des changements climatiques, ne va aller qu’en s’aggravant. Les potentiels d’amélioration de l’efficacité de la gestion des eaux urbaines ne sont que très peu utilisés. Dans ce cadre, des solutions novatrices apportent également des réponses en termes de maîtrise des coûts de traitement, de distribution et d’épuration des eaux usées. Buts de la gestion de l’eau

• Réduction et substitution de l’eau potable • Réduction des eaux pluviales dans le réseau

d’égout unitaire • Séparation efficace des flux de matières • Utilisation des synergies de l’eau et de

l’énergie • Sécurité au niveau de la distribution et de

l’épuration • Rentabilité économique • Capacité de réduction des risques de conta-

mination bactériologique • Traitement de l’eau potable uniquement si

nécessaire Economiser l’eau potable concrètement

• Diminution de la consommation d’eau (urinoirs sans eau)

• Utilisation de systèmes certifiés économisant de l’eau

• Abandon de l’eau potable pour les procédés de climatisation / réfrigération

• Utilisation (au moyen de la technique à mem-brane et de l’emploi de filtres fins) d’eau usée et d’eau de pluie traitées (eau d’entretien)

• Entretien du réseau (fuites) • Introduction de réseaux séparatifs à 3 niveaux

(eau potable, eau des sanitaires et eau grise) • Taxes sur les eaux et les eaux usées selon le

principe du pollueur payeur Séparation efficace et décentralisée du flux des matières Une analyse des flux des matières, telle que présentée en figure 3, dresse le bilan actuel de la consommation d’eau et montre d’où provient la pollution dans le cadre d’un système clairement définie. Les quantités d’eau, les composants et le contenu énergétique sont analysés et réduits par la mise en œuvre de mesures appropriées, les matières nocives sont éliminées et les rejets thermiques sont utilisés. Le but d’une telle dé-marche est de limiter l’utilisation des ressources et de réduire le flux entropique de déchets et de polluants.

A titre d’exemple :

Phosphate : • Importation suisse pour environ CHF 25 mil-

lions par an • Les eaux suisses sont en partie toujours for-

tement polluées par le phosphate et doivent être épurées de manière coûteuse

• Les ressources mondiales de phosphore sont en baisse (augmentation future du prix du phosphore)

Azote : • L’eutrophisation des eaux suisses et de la mer

du Nord a entraîné la mort de poissons • La fabrication de l’engrais ammoniacal de-

mande beaucoup d’énergie

Figure 3 : Flux d’eaux usées et des charges en phosphore véhiculées d’une ville (Source : Eawag) Les micropolluants dans l’eau : une exi-gence pour la gestion des eaux urbaines Les médicaments et les hormones laissent des traces au niveau des eaux de surface et des eaux souterraines. Cela signifie que les stations d'épuration conventionnelles n’éliminent qu’en partie ces produits. Les risques en découlant ne sont pas encore bien cernés. Il convient malgré tout de chercher les réponses à ces nouveaux défis. • Les hormones, les antibiotiques, etc. ne sont

pas éliminés de l’eau dans les stations d'épu-ration conventionnelles

• De grandes incertitudes planent sur les risques réels à long terme de ces substances

La technologie « No-mix »

Figure 4 : Le principe de séparation d’urine dans le concept de gestion de l’eau d’un bâtiment adminis-tratif

Une solution intéressante pour isoler « à la source » ces composants consiste en la sépara-tion d'urine. Cette méthode permet entre autre de réduire le taux de substances nutritives dans le réseau de canalisations. Le traitement de l’eau sera alors facilité en raison de la teneur réduite en sels minéraux. Cette technologie a fait de grands progrès et peut déjà être mise en place et exploitée pour un coût modéré. Utilisation de l’eau des soins corporels et de l’eau grise L’eau de pluie est pratiquement dépourvue de sels minéraux et de calcaire ; elle est donc très appropriée pour être utilisée lorsqu’il faut chauf-fer ou évaporer de l’eau. L’eau de pluie et les eaux usées peuvent être traitées sur place avec un filtre fin (eau grise) et / ou en utilisant la tech-nique de la membrane (eau des soins corporels). Au moyen d’une osmose inverse, ces eaux, une fois épurées, remplissent quasiment les exi-gences de la loi sur l’eau potable. Avec des me-sures de rétention correspondantes, l’utilisation de l’eau de pluie participe en outre à la protec-tion contre les crues.

Figure 5 : Flux énergétique des eaux usées d’un ménage

L’eau douce et les eaux usées contiennent une quantité élevée d’énergie. En utilisant celle-ci, il est possible de couvrir une partie des besoins en énergie. L’énergie stockée dans l’eau peut être récupérée par différents biais : • Utilisation de la chaleur des eaux usées

(DT> 4 °C) • Utilisation de l’énergie hydraulique • Utilisation de l’énergie solaire employée

pour préparer l’eau chaude sanitaire • Utilisation du biogaz produit par le traite-

ment des eaux usées Niveau de centralisation

Décentralisation totale

Semi-décentralisation

Centralisation totale

Concept technique

Point d’utilisation, installation directement chez l’utilisateur

Très peu de petites installa-tions, par exemple, pour des quartiers ou des zones

Une centrale pour la totalité de la commune

Finance-ment

L’installation est financée par le propriétaire du logement

Investissements privés (entre-prise) ou publics (commune)

Le fournisseur est en même temps le proprié-taire de l’installation

Exploita-tion

Le propriétaire du logement est également responsable de l’exploitation

Contrat passé entre personnes privées ou avec le fournisseur

Le fournisseur est responsable de l’exploitation de l’installation

Figure 6 : Différentes variantes de conception et de financements

Eaux de toitures 55 Eaux de voirie 37

Réseau séparatif

Eaux ruis-sèlement

Dépot

Station d’épuration

Réseau d’égout unitaire

Eaux usées domes-tiques

Eaux de surverse 380

Infiltration 220

Effluents industriels 70

Salle de bain 57

Cuisine 32

Lavage 32Evacuation urines 32Evacuation fèces 8

Eaux usées 150

Eaux usées mauvais raccordement 11

Effluents à épurer 140

Boues d’épuration 0.1

Eaux pluviales 26

Lac

Eaux épurées 140

106 m3 eau/antonnes phosphore

490

130

360

150

1300Récupération DT > 4°C