Expérimentation à l’échelle pilote de traitement d’eaux résiduaires par bioréacteur à membranes pour l’irrigation des espaces verts de la ville d’Agen

Introduction

Dans le contexte actuel de changement climatique et des restrictions répétées sur l’usage des eaux conventionnelles, les eaux urbaines deviennent une ressource stratégique à valoriser, notamment pour l’irrigation des espaces verts afin de limiter l’impact des épisodes de canicule de plus en plus fréquents. Le changement climatique peut créer, en période de canicule, des îlots de chaleur urbains avec élévation de 3 à 10 °C en plus en milieu urbain par rapport au milieu rural (plus grande concentration d’activités humaines, de transports, des bâtiments, des matériaux stockant la chaleur des rayons du soleil (minéraux, métaux), moindre écoulement de l’air pour évacuer la chaleur du jour pendant la nuit). La végétalisation des espaces urbains (toitures, murs, parkings, continuités vertes, espaces scolaires…) absorbe du carbone, augmente l’humidité des sols, procure de l’ombre, rafraîchit l’air ambiant par évapotranspiration, participe à la biodiversité urbaine. Le projet Arrosage des Espaces Verts de la Ville d’Agen et Réutilisation des Eaux s’inscrit dans le cadre du projet « Eau et Territoires » porté par l’IFTS et le cluster « Eau et Climat » et qui a pour objectif de faire des agglomérations de la région Nouvelle-Aquitaine des territoires résilients en mettant en oeuvre des solutions de végétalisation des espaces publics pour créer des îlots de fraîcheur. Il s’intègre dans les objectifs du SAGE Adour-Garonne (Schéma d’aménagement et de gestion des eaux), notamment sur le déploiement des mesures de préservation de la qualité de l’eau et la contribution à la lutte contre le déficit en eau. La majorité des villes dans le monde utilisent des systèmes centralisés pour traiter de grands volumes d’effluents. Les systèmes décentralisés, de taille réduite, sont généralement réservés aux habitations non raccordées, avec rejet direct au milieu naturel. Plus rarement, une partie des eaux usées est traitée localement pour être réutilisée. Ce concept, apparu dans les années 1960 à Los Angeles, consiste à prélever une fraction des eaux usées sur un collecteur, à les traiter et à les réutiliser pour l’irrigation, la recharge des nappes ou le nettoyage urbain. Ce concept est appelé « traitement satellite » ou « water mining », il présente plusieurs avantages [TAKASH, 2007 ; GIKAS et TCHOBANOGLOUS, 2009 ; MEMON et SARAH, 2019] :

• réduction des coûts de transport (≈ 21 % du coût global en Australie) ;
• meilleure gestion des matières organiques avant dégra – dation en particules fines ;
• limitation des volumes à traiter pour éviter la saturation des stations ;
• protection en cas de catastrophe ou vandalisme affectant les grandes installations.

Le contexte français et européen est marqué par une évolution rapide de la gestion de l’eau, sous l’effet combiné du changement climatique, des épisodes de sécheresse et de la volonté de développer une économie circulaire de l’eau. La réutilisation des eaux usées traitées (REUT) est désormais considérée comme un levier d’adaptation, mais son encadrement diffère sensiblement entre l’Union européenne (règlement UE 2020/741 applicable depuis le 26 juin 2023 limité à l’irrigation agricole) et la France (arrêté du 14 décembre 2023 complété en 2025 favorisant dans l’analyse des risques les techniques limitant les contacts comme le goutte-à-goutte enterré pour l’arrosage des espaces verts publics).

Suite à l’appel à projets lancé par l’agence de l’eau Adour Garonne intitulé EC’EAU qui a pour vocation de permettre l’émergence de projets intégrés de réutilisation des eaux, la ville d’Agen a été labellisée pour son projet AVIDE (Agen, VIlle végétale et DÉsirable). Le but est de réaliser en partenariat avec l’IFTS (Institut de la filtration et des techniques séparatives) une étude de l’utilisation d’eau non conventionnelle (eau usée traitée directement prélevée sur les collecteurs d’eau usée de la ville et eau pluviale) locale à des fins d’irrigation/ arrosage d’espaces verts qui contribuent au rafraîchissement de la ville. L’article ne présente ici qu’une partie du projet lié aux eaux usées.

Le traitement décentralisé comporte des risques pour la santé (bactéries, virus) et pour l’environnement (salinité des sols, eutrophisation due à l’azote et au phosphore). Il est donc essentiel de choisir un procédé adapté à l’usage et au risque. Les traitements combinent généralement les aspects :

• physiques : filtration, sédimentation, flottation ;
• chimiques : coagulation, floculation ;
• biologiques : dégradation des polluants par des micro-organismes.

Le bioréacteur à membrane (BRM) est un procédé qui combine deux étapes : une dégradation biologique de la matière organique par des micro-organismes et une clarification par membranes pour séparer l’eau de la biomasse. Les membranes de microfiltration ou ultrafiltration sont généralement utilisées, ce qui permet de produire une eau de bonne qualité pour la réutilisation et qui permet aussi de travailler avec des grandes concentrations entre 8 à 15 g/L, car il y a une dissociation entre le temps de séjour et l’âge de la boue, contrairement au système classique des boues activées. Le BRM présente plusieurs avantages comme sa modularité, car il suffit d’augmenter la surface des membranes pour augmenter la quantité de l’eau traitée. On peut ainsi aussi bien l’utiliser dans un système centralisé pour traiter des eaux usées (nouvelle génération des stations de traitements des eaux usées) que l’utiliser dans des systèmes décentralisés pour traiter l’eau au point d’utilisation directement.

Le BRM présente néanmoins certains inconvénients. Il requiert une consommation énergétique significative pour l’aération de la cuve biologique et le décolmatage des membranes. De plus, l’accumulation de matière à la surface des membranes entraîne des phénomènes de colmatage, auxquels s’ajoute le risque d’endommagement lors des opérations de nettoyage mécanique. Enfin, la gestion des boues demeure un défi commun à tous les BRM et aux procédés classiques. Dans le cadre d’un traitement décentralisé, ces boues sont généralement renvoyées dans le réseau d’eaux usées afin d’être acheminées vers une station d’épuration existante. Le projet vise à faire la preuve de concept de l’efficacité de ce procédé pour la réutilisation des eaux traitées dans un contexte local et d’avoir des éléments de dimensionnement. Des exigences de qualité à respecter pour l’irrigation des espaces verts ont été prises en considération selon la classe A de la norme européenne, qui est une des plus prescriptives et exigeantes parmi les classes définies pour la réutilisation des eaux usées traitées et sur laquelle la réglementation française s’appuie pour valider les traitements pour les espaces verts urbains, même si elle ne s’applique pas à l’arrosage enterré de type « goutte-à-goutte » sans production d’aérosols.

L’objectif des essais menés par IFTS est de qualifier cette technologie de BRM pour l’usage envisagé dans le cadre du projet AVIDE. Celui-ci doit fournir une qualité d’eau adaptée à l’irrigation par goutte-à-goutte enterré en tenant compte des contraintes de maintenance, compacité et variabilité des flux. L’étude de performance sur la qualité de l’eau porte en particulier sur les paramètres physico-chimiques, les micro-organismes et les micropolluants.