Fiche Résumé 06-AEP-08

L'efficacité et la fiabilité d'une filière de production d'eau potable dépendent fortement de l'optimisation et du contrôle de la clarification (coagulation-floculation-décantation-filtration), étape largement appliquée en traitement conventionnel pour éliminer les particules. La turbidité, meilleur paramètre indicateur d'efficacité de cette clarification, doit être, selon la réglementation, inférieure à 0,5 NFU 100 % du temps. Une turbidité encore plus faible (0,1 NFU) peut être obtenue en sortie de filtre mais pas à 100 % du temps ou alors pour des vitesses de filtration très faibles. Les exploitants se donnent quant à eux un objectif de 0,3 NFU maximum, 95 % du temps.

L'utilisation de polymères cationiques pourrait améliorer l'efficacité et la fiabilité de la clarification pour atteindre cet objectif de 0,3 NFU et peut-être même 0,1 NFU. En effet, ces polymères seraient plus efficaces que les réactifs conventionnels (sels d'aluminium ou de fer) en raison de leur structure de flocs différente. Ainsi, de plus faibles quantités seraient suffisantes d'où une production moindre de boues. Ils seraient mis en oeuvre en alternative partielle aux réactifs minéraux conventionnels.

L'objectif de l'étude est donc de définir les conditions d'application de ces polymères. Deux types de coagulants organiques, commercialisés par SNF Floerger et agréés en France pour l’eau potable depuis 2004, ont été testés. Ce sont des produits à base de polychlorure de diallyldiméthylammonium (PolyDADMAC) et d'épichlorhydrine-diméthylamine (EpiDMA). Ces réactifs sont déjà utilisés depuis plus de vingt ans en production d’eau potable aux États-Unis ou en Angleterre. Bien que délicat au niveau de son dosage car il suffit de peu d’excès pour dégrader la qualité de l’eau décantée vis-à-vis de la turbidité, le PolyDADMAC est plus souvent employé que l’EpiDMA qui par contre est moins cher.

Les essais ont été réalisés en laboratoire, sur pilote (filtration sur sable puis CAG d’eau souterraine sur le site de Gamarde (33) où une modernisation de l’usine est prévue) et sur usine (coagulation sur filtre d’eau karstique sujette à de fortes variations de turbidité sur le site de Maromme et coagulation avec décantation et filtration d’eau de surface sur le site de Morsang-sur-Seine).

Les résultats ont montré que les polymères cationiques peuvent être utilisés en remplacement partiel des coagulants minéraux (sels de fer ou d’aluminium) pour renforcer la fiabilité des procédés de clarification. Ces produits ne montrent pas d'intérêt s'ils sont utilisés en substitution totale car ils entraînent une mauvaise formation de flocs et par conséquent une turbidité élevée dans l'eau traitée. Leurs meilleures performances sont obtenues pour un taux de remplacement de 30 % du sel minéral.

L’utilisation de polymères cationiques favorise non seulement l’élimination de la turbidité mais aussi celle des matières organiques, permet d’allonger les cycles de filtration et de diminuer la quantité de réactifs utilisés, donc de produire moins de boues et moins de sels résiduels. Certains risques majeurs sont cependant observés en cas de surdosage : formation de sous-produits de désinfection reconnus cancérigènes (NDMA ou Nitrosodimethylamine et autres nitrosamines associées) et dégradation de la qualité de l’eau décantée.

L’intérêt de l’emploi des polymères cationiques dépend de la qualité de l’eau à traiter :
- lorsque l’eau est de bonne qualité, leur utilisation n’a pas de fort intérêt technique et entraîne un surcoût en réactif ;
- lorsque l’eau est de qualité moyenne ou dégradée, leur utilisation permet d’améliorer l’élimination de la turbidité et des matières organiques au point de pouvoir diminuer par deux le taux de CAP pour une même qualité d’eau en sortie de filière ; il en découle une économie globale en réactif.

Le choix du polymère cationiques à utiliser dépend de sa masse moléculaire mais aussi du type de clarification mis en oeuvre sur le terrain (coagulation sur filtre ou coagulation avec décantation). En effet, les polymères à longue chaîne permettent une meilleure élimination de la turbidité ou des matières organiques naturelles lorsque le traitement mis en oeuvre est une coagulation sur filtre. Ce type de traitement est généralement utilisé pour des eaux souterraines turbides mais aussi éventuellement pour des eaux de surface peu turbides contenant des matières organiques. Par contre, un polymère de masse moléculaire élevé sera déconseillé pour un traitement par coagulation/décantation car il dégrade l’efficacité de la décantation en raison d’un réglage du taux de traitement plus sensible aux variations de l’eau brute qu’avec un polymère de masse moléculaire moyenne. Un polymère de masse moléculaire moyenne, qui offre malgré tout un bon compromis pour l’élimination conjointe de la turbidité et des matières organiques, sera alors dans ce cas préférable.

Il n’y a donc pas de règle absolue en matière de choix de polymères à utiliser pour un site donné. Des essais en laboratoire et éventuellement sur pilote sont alors conseillés au cas par cas. Les résultats obtenus lors de cette étude ne sont par conséquent pas extrapolables. Ils permettent néanmoins de donner certains éléments de comparaison entre le PolyDADMAC et l’EpiDMA (à taux de matière active identique mais avec une masse moléculaire plus faible pour l’EpiDMA), dans le cas de la clarification par coagulation-décantation de l’usine de Morsang-sur-Seine :
- lorsque l’eau est de bonne qualité (période chaude), l’EpiDMA et le PolyDADMAC ont des performances identiques pour l’élimination de la turbidité mais le PolyDADMAC est meilleur pour l’élimination des matières organiques ;
- lorsque l’eau est de qualité moyenne, l’EpiDMA et le PolyDADMAC ont des performances identiques ;
- lorsque l’eau est de qualité dégradée (période froide), l’EpiDMA élimine mieux la turbidité que le PolyDADMAC qui offre quant à lui un meilleur abattement des matières organiques.