Réseaux d’eau potable : surveiller les biofilms pour mieux les maîtriser

Selon la ressource en eau, l’eau potable est constituée de différents minéraux et matières organiques. « La variabilité est grande d’un endroit à l’autre selon la nature du sol. Ces minéraux dissous vont réagir et se transformer au contact des parois. Ainsi, on va obtenir un dépôt calcaire, de l’oxyde de manganèse ou de fer », explique Bernard Beugnet, gérant d’Herli, fournisseur de produits et services pour le nettoyage des réseaux d’eau. Ceci constitue un support nourricier pour le biofilm qui se forme en quelques mois sur des matériaux neufs.

Constitué de micro-organismes (bactéries, protozoaires, etc.) et de dépôts minéraux, il se développe, comme sur les parois d’un aquarium, et peut varier de quelques microns à quelques dizaines de millimètres.

Une carapace pour les bactéries – «Le biofilm est un organisme vivant, composé de 107 cellules par cm², qui évolue dans le temps », précise Sophie Altmeyer, chargée de mission réseaux et matériaux au pôle de compétitivité Hydréos. Ainsi, lorsqu’il atteint une certaine taille, il peut se détacher et circuler librement dans le réseau. « Il fonctionne comme un petit réacteur biologique », précise Jean-Claude Block, chercheur au LCPME (voir encadré). En lui-même, il n’est pas dangereux, mais il peut abriter des germes pathogènes (légionelles, coliformes fécaux, etc.), car il représente une couche protectrice, un abri, conte l’action des biocides. Le chlore n’agit plus : les micro-organismes restent encapsulés dans le biofilm. Ainsi, aux concentrations habituelles, de 0,1 à 0,4 mg/l, près de 80 % des bactéries restent actives.

Par ailleurs, la matière organique consomme plus rapidement le chlore. Si aucune bactérie ne pénètre dans le réseau d’eau, le risque est réduit à zéro. En conséquence, la première étape pour limiter le problème est de réduire la matière organique présente dans les eaux traitées. Mais les contaminations accidentelles (forage, casse, etc.) ne peuvent jamais être totalement écartées.

Une maintenance préventive obligatoire – C’est pourquoi une maintenance préventive est obligatoire. Concernant les réservoirs (environ 4 000 de tailles très variables), la vidange annuelle constitue une obligation légale. Le nettoyage est soit mécanique, soit chimique (produits chlorés ou peroxyde d’hydrogène). Un contrôle bactériologique a lieu dans les 48 à 72 heures, avant la remise en eau.

Concernant les canalisations, l’accessibilité est plus problématique. Le rythme des nettoyages est aléatoire. Il est en revanche obligatoire après tous travaux sur le réseau. Il s’effectue avec de l’eau sous pression à une vitesse de circulation de 1 m/s. Mais ce nettoyage n’est pas toujours efficace contre les biofilms, car ceux-ci ont une texture viscoélastique qui les rend très cohésifs.

Autre solution développée depuis les années 2000, un mélange d’eau et d’air pulsé à une vitesse de 6 m/s. Mais ce système n’est possible que sur des canalisations de fort diamètre (au moins 100 mm). Une désinfection d’une durée de 24 heures clôture l’opération.

Capteurs : les prémices – Autre possibilité : agir en préventif. C’était l’objectif du programme SécurEau qui se clôture cette année. « Un protocole a été développé sur les produits à utiliser. Le travail a également porté sur les capteurs à déployer en préventif », explique Sophie Altmeyer. Pour l’instant, tout est à faire dans ce domaine car presque rien n’est automatisé. « La véritable mesure de la qualité de l’eau en sortie est donnée par les consommateurs eux-mêmes. Ce sont eux qui détectent les anomalies dans l’eau et donnent l’alerte » constate Jean-Claude Block. « Actuellement, il existe un capteur très général (Kapta d’Endetec) qui mesure le chlore, la conductivité, la pression seront installés en Ile-de-France pour la fin 2014 pour un coût d’1,3 million d’euros. « Nous n’installons pas ces capteurs pour surveiller l’encrassement, mais pour mieux comprendre ce qui se passe dans le réseau et avoir une traçabilité de la qualité de l’eau d’une manière générale dans le cadre de notre programme Qualio », précise Philippe Espinel, ingénieur territorial au syndicat des eaux d’Ile-de-France (Sedif).

De nouveaux capteurs arrivés récemment sur le marché sont capables de mesurer les variations anormales de matière organique. Ainsi, l’entreprise Krohne Optosens a mis au point une sonde Optiquad capable de différencier un dépôt inorganique d’un biofilm grâce à leurs propriétés optiques respectives. Le coût restera élevé, car l’installation nécessite une main-d’oeuvre importante pour réaliser une chambre fixe dans le sol et un perçage de conduite.

Ensuite, il faut savoir gérer cet ensemble de nouvelles données qui arrivent et déterminer un signal d’alerte pour savoir à quel moment et comment intervenir. « Tout ceci nécessite un apprentissage », souligne le chercheur.

À Nancy, le laboratoire de chimie physique et microbiologie pour l’environnement (LCPME) de l’université de Lorraine s’intéresse depuis plus de vingt ans aux biofilms. Un pilote de taille industrielle tourne depuis 1985 pour tester les effets du vieillissement des réseaux d’eau potable. Membre du pôle de compétitivité eau Alsace-Lorraine Hydréos, il travaille notamment sur deux programmes de recherche. Le premier est le projet SecurEau, lancé avec douze partenaires européens sur la période 2009-2013. Objectif : détecter rapidement une contamination du réseau et le nettoyer le plus rapidement possible.

Le second se nomme Sirena+ et vient d’être lancé sur la période 2013-2017. D’un budget d’environ 3,5 millions d’euros, il vise à développer des surfaces innovantes empêchant la formation de dépôts et de biofilms, aussi bien dans les canalisations neuves, qu’en réhabilitation de canalisations existantes. Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’appel à projets FUI 14, en partenariat avec Veolia Eau, Saint-Gobain, Arkema, deux PME (AcXys et Ferry), du CRITT TJFU et de deux autres laboratoires de recherche (LRGP et l’IS2M). « Son intérêt est double car s’il n’y a plus de dépôt et la chloration de l’eau potable ne sera plus nécessaire » estime Sophie Altmeyer. Important quand on sait que la majorité des pays européens ne chlorent pas leur eau.