Le défi du traitement des eaux usées dans le monde

Les eaux usées au cœur de la crise mondiale de l’eau

Selon un rapport récent sur le traitement des eaux usées publié par l’ONU, le monde gaspille les eaux usées. Cette situation est particulièrement marquée dans les pays sous-développés et en développement, où moins de 8 % des eaux usées sont traitées. Les eaux usées non traitées et celles provenant des industries qui sont insuffisamment traitées continuent de dégrader la qualité de l’eau à l’échelle mondiale. Le principal défi aujourd’hui est de commencer à considérer les eaux usées comme une solution plutôt que comme un problème.

Les eaux usées peuvent être perçues comme une source alternative d’eau, mais cette transition doit commencer par la manière dont elles sont collectées, traitées et éliminées. Les eaux usées contiennent généralement plusieurs polluants et contaminants, notamment :

• Métaux lourds (ex. cuivre, cadmium, nickel, chrome, zinc et plomb)
• Agents pathogènes (ex. virus, bactéries, helminthes et protozoaires)
• Nutriments pour les plantes (ex. azote, potassium et phosphore)
• Polluants organiques (ex. pesticides, biphényles polychlorés, composés organiques biodégradables et composés polyaromatiques)
• Micropolluants (ex. cosmétiques, médicaments et produits de nettoyage)

Tous les problèmes de qualité mentionnés ci-dessus peuvent entraîner des impacts environnementaux et sanitaires, lesquels se traduiront ultimement par des conséquences économiques pour la société.

Lorsque les plans d’eau reçoivent des quantités excessives de nutriments, en particulier les phosphates et les nitrates, ceux-ci stimulent une croissance excessive des plantes (ex. prolifération d’algues). Ce phénomène est appelé eutrophisation. Il peut entraîner une diminution de l’oxygène, une baisse de la biodiversité ainsi qu’une modification de la dominance et de la composition des espèces. L’ensemble de ces facteurs entraîne une dégradation de la qualité de l’eau. L’ONU estime que l’eutrophisation a réduit la qualité de l’eau des rivières, des milieux humides et des lacs d’au moins un tiers à l’échelle mondiale. Les régions les plus touchées sont l’Europe, la Chine, l’Asie du Sud, le Japon et l’Afrique australe. À mesure que les apports en nutriments provenant de l’agriculture augmentent, ce problème continuera de s’aggraver.

Systèmes d’assainissement

Il existe deux grandes catégories de systèmes d’assainissement : les systèmes conventionnels/combinés et les systèmes séparatifs. Dans un système combiné, les eaux de ruissellement et les eaux usées sont transportées dans une seule conduite. Dans les systèmes séparatifs, des conduites distinctes sont utilisées pour acheminer les eaux usées et les eaux de ruissellement de surface. Les systèmes séparatifs sont plus efficaces pour la gestion des eaux usées, à condition qu’ils soient correctement installés et bien entretenus.

La majorité des systèmes d’assainissement dans les pays en développement ont été construits comme des systèmes séparatifs, grâce aux leçons tirées des pays industrialisés. Malheureusement, ces systèmes ont été mal entretenus dans de nombreux pays. Dans certains cas, ils sont aujourd’hui dépassés par la croissance démographique ou par l’expansion d’infrastructures imperméables typiques des zones urbaines. Par conséquent, certains systèmes séparatifs finissent par être interconnectés de façon croisée, reliant les conduites d’eaux usées à celles des eaux de ruissellement. Le principe d’un système séparatif est de traiter uniquement les eaux usées, mais lorsque celles-ci se mélangent aux eaux de ruissellement, elles peuvent être rejetées dans le cycle de l’eau avant d’avoir été traitées.

Une étude menée à Shanghai afin d’évaluer l’ampleur de ce type de pollution a conclu qu’il n’y avait aucun avantage à utiliser un système séparatif, principalement en raison des interconnexions illégales qui finissent inévitablement par se produire avec le temps.

Un système de collecte efficace joue un rôle crucial dans la bonne gestion des eaux usées. Certains pays ne disposent pas d’installations centralisées de traitement hors site, et d’autres en ont installé sans assurer un entretien adéquat. Les principales raisons sont les suivantes :

• Mauvaise planification des réseaux de collecte
• Réseaux anciens et détériorés
• Installation inadéquate des systèmes
• Dimensionnement incorrect des systèmes
• Systèmes manquant de résilience face aux tempêtes et aux événements extrêmes
• Entretien insuffisant et exploitation inefficace
• Absence d’un cadre réglementaire solide

Lorsque les systèmes d’assainissement sont inefficaces, il est impossible de quantifier précisément le volume d’eaux usées rejetées dans l’environnement. Les infrastructures vétustes aggravent le problème, car les conduites fissurées permettent l’infiltration d’eau dans les égouts et l’exfiltration des eaux usées vers les nappes phréatiques, contaminant ainsi les sources d’eau potable.

De plus, la présence d’un système d’assainissement, même performant, ne garantit pas une élimination sans pollution des eaux usées. En effet, les eaux usées peuvent parfois être rejetées avant d’être traitées. Par exemple, au moins 40 % des stations d’épuration en Inde ne respectaient pas les normes opérationnelles requises.

Systèmes sur site

De nombreuses personnes dépendent de systèmes sur site pour leur assainissement. Dans les pays en développement et sous-développés, certains utilisent encore des installations rudimentaires comme les latrines à fosse, bien que l’adoption des systèmes septiques soit en augmentation.

En milieu rural, les latrines à fosse sont utilisées sans vidange, car l’effluent s’infiltre lentement dans le sol. Une fois pleines, elles sont comblées et remplacées par de nouvelles fosses. Toutefois, le risque de contamination des eaux souterraines est élevé.

Si ces systèmes sur site sont mal gérés, les boues fécales peuvent s’accumuler et finir par déborder vers les drains pluviaux. Pour les systèmes sur site, la collecte et le traitement des eaux usées constituent le maillon le plus faible. On estime qu’au moins 2,4 milliards de personnes utilisent des systèmes sur site générant des boues fécales qui ne sont pas traitées.

Les problèmes courants des systèmes sur site comprennent :

• Des systèmes de confinement mal construits ou difficilement accessibles, rendant la vidange compliquée
• Certaines entreprises privées de vidange déversent illégalement les eaux usées dans les cours d’eau ou les sites d’enfouissement
• Dans la plupart des villes, les municipalités n’offrent pas de services de pompage et de transport, ceux-ci étant assurés par le secteur privé

Le manque d’installations de traitement des boues constitue un autre défi

Il existe également une idée fausse selon laquelle les systèmes d’eaux usées sur site ne seraient que des installations temporaires avant que les eaux usées ne soient pompées vers un réseau hors site pour y être traitées. Cette perception pousse les utilisateurs à ne pas prendre le traitement des eaux usées au sérieux, croyant que ce n’est pas le rôle d’un système sur site.

Défis du traitement des eaux usées

Les eaux usées domestiques non traitées peuvent contenir de fortes concentrations d’agents pathogènes, ce qui représente un risque sanitaire important. L’exposition aux eaux usées non traitées ou à l’eau potable contaminée peut provoquer des maladies, voire entraîner la mort. Environ 1,45 million de personnes meurent chaque année à cause de la diarrhée, dont au moins 50 % des cas sont liés à un mauvais assainissement.

Les eaux usées domestiques se composent d’eaux noires et d’eaux grises. Les eaux noires contiennent les excréments, les boues fécales et l’urine, tandis que les eaux grises proviennent des cuisines et des salles de bain. À l’heure actuelle, près de la moitié de la population mondiale ne dispose pas d’un moyen adéquat pour l’élimination de ces deux types d’eaux usées.

Maladies causées par l’eau contaminée

L’un des principaux défis du traitement des eaux usées est la propagation des maladies causées par les agents pathogènes qu’elles contiennent. Lorsque les eaux usées ne sont pas correctement traitées, ces agents contaminent les eaux de surface et les eaux souterraines, entraînant la propagation de maladies.

Table 1: diseases caused by bacteria found in wastewater

Bactérie	Maladie
Campylobacter jejuni	Gastro-entérite
Escherichia coli	Gastro-entérite
E. coli O157:H7	Diarrhée sanglante, syndrome hémolytique et urémique
Helicobacter pylori	Ulcères gastroduodénaux, douleurs abdominales, cancer gastrique
Salmonella spp.	Diarrhée, salmonellose, gastro-entérite
Salmonella typhi	Fièvre typhoïde
Shigella spp.	Dysenterie
Vibrio cholerae	Choléra

Tableau 2 : Maladies causées par des helminthes présents dans les eaux usées

 

Helminthes	Maladie
Ascaris lumbricoides (ver rond)	Ascaridiose
Ancylostoma duodenale (ankylostome)	Ankylostomiase
Clonorchis sinensis (douves du foie)	Fasciolose
Fasciola (douves du foie)	Fasciolose
Opisthorchis viverrini	Opisthorchiase
Schistosoma (douves sanguines)	Schistosomiase (bilharziose)
Trichuris (ver fouet)	Trichurose
Taenia (ténia)	Téniase

Tableau 3 : Maladies causées par des protozoaires présents dans les eaux usées

Protozoaires	Maladie
Balantidium coli	Balantidiose (dysenterie)
Cryptosporidium parvum	Cryptosporidiose
Cyclospora cayetanensis	Diarrhée persistante
Entamoeba histolytica	Amibiase (dysenterie amibienne)
Giardia lamblia	Giardiase

Tableau 4 : Maladies causées par des virus présents dans les eaux usées

 

Virus	Maladie
Adénovirus	Infections oculaires, maladies respiratoires
Astrovirus	Gastro-entérite
Calicivirus	Gastro-entérite
Coronavirus	Gastro-entérite
Entérovirus	Gastro-entérite
Virus Coxsackie	Méningite aseptique, herpangine, fièvre, maladies respiratoires, cardiaques et rénales
Échovirus	Fièvre, maladies respiratoires et cardiaques, méningite aseptique, éruption cutanée
Poliovirus	Paralysie, méningite aseptique
Hépatites A et E	Hépatite infectieuse
Parvovirus	Gastro-entérite
Norovirus	Gastro-entérite
Rotavirus	Gastro-entérite

Défis liés aux eaux usées agricoles

L’agriculture joue un rôle majeur dans la pollution diffuse de l’eau. Les principaux problèmes associés aux eaux usées agricoles comprennent :

• Ruissellement des sédiments – provoque l’envasement et augmente le risque d’inondation
• Ruissellement des nutriments – le phosphore et l’azote sont les principaux polluants
• Ruissellement microbien – provenant de l’élevage ou de l’utilisation d’excréments comme engrais
• Ruissellement chimique – provenant des herbicides, pesticides et autres produits agricoles

Le principal défi de la pollution diffuse est qu’elle est difficile à quantifier puisqu’elle n’est pas directement contrôlée. Il est toutefois clair que l’agriculture joue un rôle majeur dans les apports excessifs d’azote. Par exemple, une étude a démontré que l’agriculture est la principale source de pollution des eaux et la deuxième cause de dégradation des milieux humides aux États-Unis.

Défis liés à l’élimination des boues

Il existe trois principales stratégies finales d’élimination des boues :

• Élimination des boues sur terre (sites spécialisés ou lieux d’enfouissement)
• Disposal in the ocean
• Élimination dans l’air (par incinération)

Le rejet en mer est désormais interdit dans la plupart des pays en raison de ses impacts environnementaux. De plus, l’enfouissement des boues est progressivement abandonné. L’incinération produit des cendres qui doivent être traitées comme des déchets, ce qui en fait une solution peu viable. Le recyclage apparaît donc comme la seule solution durable à long terme.

Par crainte de contamination alimentaire, les sols biologiques issus des boues peuvent être utilisés dans des zones non alimentaires telles que les terrains de sport, les terrains de golf, les talus routiers et les parcs. Les mêmes normes que pour les terres agricoles doivent toutefois être respectées.

L’utilisation la plus courante des boues est leur application sur les sols comme amendement ou fertilisant. Les boues traitées peuvent aussi être intégrées à des sols biologiques ou recyclées dans une stratégie de « productisation ». Celle-ci consiste à mélanger les boues avec d’autres matériaux afin de créer des produits commercialisables comme des sols biologiques, de l’énergie, des nutriments et des métaux.

Les défis énergétiques

Les exploitants des stations d’épuration doivent répondre à des normes environnementales de plus en plus strictes tout en réduisant leurs coûts d’exploitation. L’efficacité énergétique est donc une priorité majeure. Des opérations inefficaces entraînent une consommation excessive d’énergie et des émissions accrues de gaz à effet de serre. Les émissions mondiales de CO₂ ont augmenté d’au moins 50 % depuis 1990, poussant les gouvernements à exiger des municipalités qu’elles réduisent leur empreinte carbone.

L’énergie représente l’un des postes de dépense les plus importants dans la gestion des eaux usées. On estime qu’un pays développé consacre entre 2 et 3 % de sa consommation électrique à ce secteur. L’investissement dans des technologies à haut rendement permettrait de réduire les coûts et les émissions, avec un impact équivalent au retrait de 11,4 millions de véhicules de la circulation.

Pour relever ce défi, l’intérêt pour le biogaz issu des déchets est en forte croissance. Plus encore, les stations doivent adopter des technologies avancées afin de réduire significativement la consommation énergétique. Les technologies intelligentes transforment le secteur en réduisant l’intervention humaine tout en améliorant l’efficacité, notamment :

• Pompes intelligentes – augmentent l’efficacité opérationnelle
• Mélangeurs submersibles à basse vitesse – consommation énergétique ajustée aux besoins
• Logiciels intégrés de contrôle biologique – optimisation en temps réel

L’automatisation permet non seulement d’améliorer la qualité de l’eau traitée, mais aussi de le faire de manière plus efficace, grâce à des systèmes intégrant l’autodiagnostic.

Conclusion

Le traitement et la gestion des eaux usées font face à de nombreux défis, mais le plus important demeure leur impact sur les écosystèmes mondiaux. Lorsque les eaux usées ne sont pas correctement traitées, les agents pathogènes qu’elles contiennent contaminent l’eau potable, favorisant la propagation de maladies hydriques. Il est donc essentiel que les gouvernements comme les individus jouent leur rôle afin de rendre le traitement des eaux usées plus efficace et plus performant.