Les stations d'épuration ne sont pas conçues pour éliminer ou réduire les concentrations des micropolluants et de fait, les agglomérations d'assainissement relâchent en grand nombre des substances dangereuses et prioritaires au sens de la directive cadre sur l'eau (DCE). Ce constat a incité les pouvoirs publics à imposer un meilleur contrôle des rejets.

Cependant, au-delà du contrôle, des recherches sont menées pour améliorer les dispositifs de traitements, à l'image du projet Amélioration de la réduction des micropolluants dans les stations de traitement des eaux usées domestiques (Armistiq) qui visait, à partir de modélisations et d'expérimentations de terrain sur des stations de traitement des eaux usées (STEU) équipées ou non d'installations pilotes, à optimiser le traitement des micropolluants. Ce programme, le plus important sur le sujet en France, a duré quatre ans de 2010 à 2013 et a rassemblé l'Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (Irstea), l'Université de Bordeaux et Suez Environnement. Il a été en partie subventionné par l'Office national de l'eau et des milieux aquatiques (Onema).

Limiter les rejets et les coûts

Parmi les objectifs de recherche, figuraient l'acquisition de données opérationnelles, l'amélioration des connaissances sur les conditions optimales pour les traitements secondaires (boues activées) ou tertiaires (oxydation avancée, adsorption), la réalisation d'évaluations techniques, économiques et environnementales des procédés, ainsi que la recherche de solutions opérationnelles de réduction des émissions polluantes. Il s'agit d'obtenir "des éléments technico-économiques permettant d'intensifier la réduction des rejets de micropolluants et de limiter les investissements publics", résume la présentation du projet de recherche.

Pour cela, les chercheurs on mesuré l'efficacité des stations d'épuration avec différentes conditions de fonctionnement et évalué l'intérêt et le coût de traitements additionnels par oxydation (selon différents oxydants, différentes doses et durées d'application) et par adsorption (selon différents matériaux et temps de séjour hydraulique). Trois approches ont été retenues : les traitements avancés intensifs (ozonation, charbon actif, procédés d'oxydation avancée), les traitements avancés extensifs (zone de rejet végétalisée, filtration sur matériaux adsorbants, tels que le charbon actif, l'argile expansée et la zéolite), les processus de dégradation pour la réduction des micropolluants partiellement biodégradables.

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Utiliser au mieux les procédés existants

Les travaux portant sur le procédé à boues activées en aération prolongée, procédé le plus répandu en France pour traiter le carbone et l'azote des eaux usées domestiques, sont plutôt rassurants pour l'élimination de certains micropolluants. "Il ressort de nos travaux que lorsqu'on recherche un fonctionnement optimal en terme de réduction des rejets d'azote ammoniacal et de matière en suspension, ce pour quoi ces STEU ont été conçues, on obtient aussi une meilleure réduction de certains micropolluants", explique Marina Coquery, chercheuse à l'Irstea et coordinatrice du projet Armistiq. Le gain potentiel associé à l'optimisation du fonctionnement des STEU, en terme de réduction des concentrations de sortie pour des polluants tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les alkylphénols ainsi que certains résidus médicamenteux, métaux ou pesticides, serait de l'ordre de 10 à 30%.

L'étude a aussi permis de déterminer le rôle des différents paramètres. Ainsi, l'augmentation de la température améliore le rendement d'élimination de quelques pourcents seulement pour quelques micropolluants (ibuprofène, paracétamol, métoprolol, diclofénac). La diminution des concentrations dans les eaux traitées est donc faible. Un doublement de la concentration en matière sèche en suspension dans le bassin d'aération (de 3,6 à 7,7 g/L) conduit à une faible augmentation du rendement d'élimination (de 93 à 95% pour l'ibuprofène et de 77 à 83% pour le métoprolol). Enfin, l'aération, au-delà de la durée nécessaire, apporterait une élimination supplémentaire des micropolluants très limitée.

Des traitements tertiaires à améliorer

Du côté des systèmes tertiaires intensifs, l'ozonation et le charbon actif en grain ont donné de bons résultats. Ils permettent d'abattre à plus de 70% plus de deux tiers des substances organiques analysées lors de cette étude. "Globalement, pour aboutir à une rétention supérieure à 70% d'une majorité des micropolluants organiques étudiés, il faudrait mettre en place une filière complémentaire conduisant à un coût spécifique de traitement supplémentaire par rapport à une filière classique à boues activées de 1,5 à 17,6 centimes d'euro par m³ traité", conclut l'étude.

S'agissant des systèmes tertiaires extensifs, l'évaluation d'un fossé de 80 mètres de long construit sur sol imperméable (temps de séjour de 10 minutes) a montré une efficacité très limitée. L'élimination est inférieure à 30% pour les micropolluants réfractaires aux traitements préalables. Seuls quelques micropolluants, tels que certains métaux (cobalt, zinc, cadmium) ou certains résidus médicamenteux (paracétamol, ibuprofène), sont réduits dans des proportions allant de 30 à 70%. Quant aux filtres garnis de différents matériaux adsorbants en grain (argile expansée ou zéolite) avec un temps de rétention hydraulique (HRT) de 24 h, ils présentent des rendements d'élimination supérieurs à 70% pour la moitié des substances pharmaceutiques et phytosanitaires étudiées. Par contre, même s'ils sont supérieurs à ceux des filtres à gravier, les résultats de ce type de traitement sur les autres substances sont moins bons que ceux obtenu avec du charbon actif avecun HRT de 1,5 heure, qui offre, note l'étude, "des rendements d'élimination proches de 100% pendant plus de 330 jours". Le coût de ces techniques est de l'ordre de 0,1 euro par m³ pour le charbon actif à 0,3 euro par m³ pour les matériaux alternatifs.

Philippe Collet