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Réacteur biphasique

L’eau issue de l’usine de potabilisation contient des particules en suspension, qui peuvent provenir :

• de l'usine de traitement elle-même, par relargage de fines particules de charbon actif en grain (CAG),
• de l’eau brute utilisée,
• du système de distribution d’eau potable lui-même, par relargage de particules de corrosion métalliques, ou par précipitation d’éléments dissous (Fe, Ca, Mn, …),
• de la croissance de micro et macroorganismes,
• du réservoir, où l'eau se trouve en contact avec l'air.



L’accumulation de ces particules au sein des réseaux de distribution est directement liée à leur profil de sédimentation et de transportabilité (taille, densité, forme) (Gauthier et al, 1996).

Les particules présentes dans les réseaux de distribution d’eau potable peuvent s’accumuler sous forme de dépôts selon quatre voies :

• sédimentation des particules contenues dans l’eau potable produite,
• les matières dissoutes peuvent devenir particulaires dans les conditions du réseau (précipitation, floculation, croissance biologique),
• particules provenant des matériaux constitutifs de conduite (corrosion, érosion),
• sédimentation des particules provenant de contamination externe.

Ces dépôts sont transférables à la phase aqueuse si des changements du régime hydraulique interviennent (Gauthier et al., 2001). Les particules ainsi remises en suspension peuvent avoir des conséquences importantes sur la qualité esthétique (augmentation de la turbidité, développement de couleurs), chimique (consommation du désinfectant, fortes concentrations en métaux) et microbiologique de l’eau, avec une augmentation du dénombrement bactérien.

L’eau véhiculée par les réseaux de distribution transporte alors de grandes quantités de minéraux (fer, silicates, aluminium, calcium, manganèse, principalement sous forme d’oxyde) et de la matière organique, en plus faible proportion (de 3 à 20% de la fraction minérale). Bien que constituée principalement d’éléments dissous, une petite fraction peut sédimenter sous forme de dépôts dans le réseau de distribution.

Une étude menée sur le réseau de distribution de Nancy (France) a montré les résultats suivants (Gauthier et al., 2001) :

• le taux de particules en suspension dans l'eau potable varie de 51 à 128 µg.L^-1, dont 64% de matière organique. La matière organique représente une part importante des matières en suspension (MES), mais elle est négligeable par rapport à la matière organique dissoute, la concentration en particules organiques représentant environ 1% du carbone organique total (COT) : 21,3 µg.L^-1 contre 1670 µg.L^-1. Le haut contenu en matière organique dans les MES est du à la présence de matériaux biologiques tels que des bactéries et d'autres microorganismes.
• contrairement aux particules en suspension, les dépôts présentent une fraction de matière organique minoritaire. Les dépôts sont principalement composés de minéraux, dont les oxydes de fer (19%), des matériaux sableux insolubles (18%), d'hydroxyde d'aluminium (15%), de carbonates de calcium (10%), d'oxyde de manganèse (3%).

Le ratio entre matière organique et matière minérale contenues dans les dépôts sont de 10- 20% contre 80-90%. La meilleure sédimentation des particules minérales est due à leur plus forte densité, en comparaison des particules organiques.

Réacteur biologique

Le traitement de l’eau pour la rendre potable ne signifie que celle-ci soit stérile. L’objectif de ces traitements est de la rendre agréable au goût et sans danger du point de vue sanitaire. De ce fait, plusieurs populations d’organismes vivent dans l’eau distribuée. Ces différents organismes peuvent être classés en 4 groupes (Block, 1992) :

• des espèces indigènes, composées essentiellement de microorganismes trouvés dans le sol, la nourriture, … , tels que les bactéries, les levures et les champignons microscopiques,
• des espèces non attendues au robinet du consommateur, telles que des protozoaires ou des macroinvertébrés du genre Asella. Introduites accidentellement dans le réseau, elles peuvent y survivre et s’y multiplier à un taux de plusieurs milliers par m³ ,
• des espèces nuisibles, qui peuvent aggraver les phénomènes de corrosion ou entraîner l’apparition de composés sapides. C’est le cas des bactéries du genre Actinomycètes, qui sécrètent des molécules appelées géosmine. Ces molécules confèrent un goût désagréable à l’eau même à faible concentration. L’autre problème associé à ces espèces est, si leur multiplication devient importante, la possibilité d'empêcher la détection d’espèces potentiellement dangereuses,
• des espèces dangereuses du point de vue sanitaire. Certaines espèces pathogènes pour les êtres humains peuvent être détectées dans les réseaux de distribution. Leur présence résulte alors d’une contamination accidentelle au cours du transport.

Cette biomasse bactérienne se retrouve principalement dans les dépôts, au niveau des réservoirs et des conduites d'adduction. En effet, ces derniers sont largement colonisés par des microorganismes, ceux-ci constituant des milieux poreux qui permettent l’attachement et la croissance bactérienne, et notamment lorsque la fraction d’aluminium est importante (Gauthier et al, 1996). Les dépôts fournissent en effet des nutriments organiques (la fraction de matière organique varie de 2 à 22% du poids sec du dépôt) aux microorganismes. Ainsi, ceux-ci peuvent être considérés comme des réservoirs de biomasse au sein des réseaux de distribution d’eau potable. La fraction minérale agit principalement comme un support pour les bactéries, un plus grand nombre de bactéries y étant observable. Cependant, la nature de ces éléments minéraux semble avoir une influence sur la survie et le développement des microorganismes.

Au sein des systèmes de distribution d’eau potable, cette biomasse peut se trouver sous deux états dans les réseaux :

• un état fixé, directement sur la surface des conduites, ou au niveau de tubercules de corrosion. Le terme de biofilm est alors utilisé.
• un état circulant, les bactéries sont alors qualifiées de planctoniques.

D’une manière générale, les densités bactériennes sont plus élevées au niveau du biofilm que dans la phase aqueuse. Ainsi, dans les canalisations dont le diamètre est inférieur à 10 cm, le nombre de bactéries impliquées dans des biofilms est en moyenne 50 à 100 fois supérieur à celui des bactéries circulantes (Block et al., 1997).

Ces deux états sont schématisés sur la figure 2.