Notre environnement a considérablement changé au cours des dernières décennies - et ça se poursuit. D’ici 2050, il y aura 9,8 milliards d’habitants sur notre planète et la plupart d’entre eux seront concentrés dans les villes. Cette urbanisation généralisée, associée aux effets du changement climatique, exerce une pression accrue sur les ressources telles que l’eau, les matières premières et l’énergie. La qualité de l’eau, sa quantité et sa disponibilité changent rapidement. La durabilité des ressources naturelles et leur utilisation efficiente et efficace deviennent un problème public critique.

Il existe d’immenses possibilités pour assurer un avenir durable aux systèmes d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées. En plus d’être une ressource en soi, l’eau sert également de support à d’autres ressources, telles que les nutriments, les produits chimiques et l’énergie. À mesure que les ressources en eau deviennent moins disponibles, leur récupération et leur réutilisation deviennent encore plus essentielles. Un nombre encourageant de technologies innovantes et d’approches de gestion font leur apparition. Les usines de traitement des eaux usées ne peuvent plus être considérées comme des méchants, mais deviennent plutôt des «mines» de récupération des ressources.

Il est intéressant de noter qu’il n’existe pas de définition universellement acceptée de la durabilité. L’idée découle du concept de développement durable, défini à l’origine en 1992 comme un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre les besoins du futur. Le Sommet mondial pour le développement social de 2005 a introduit les trois piliers de la durabilité : environnemental, social et économique. Des approches plus récentes, telles que les Cercles de durabilité, distinguent quatre domaines de durabilité : économique, écologique, politique et culturel. Quoi qu’il en soit, il est clair que le terme « durabilité » implique une approche intégrée et globale qui répond aux besoins d’aujourd’hui, maintient l’équilibre entre tous les « piliers » et garantit des ressources suffisantes pour l’avenir.

Pour comprendre les possibilités offertes par les systèmes durables d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées, ces systèmes doivent être examinés au sens large. Lorsque l’eau circule dans les zones urbaines et rurales, elle constitue un moyen de transport pour d’autres ressources importantes telles que les nutriments, l’énergie et les matériaux, ce qui offre de nombreuses occasions de récupérer ces ressources et fermer leurs cycles.

Cycle de l’eau

Un objectif fondamental du développement durable est de promouvoir la protection, la gestion efficace et la conservation de l’eau. L’amélioration de la gestion réduit les prélèvements dans les réserves limitées d’eau douce, économisant de cette façon plus d’eau pour une utilisation future tout en améliorant la qualité de l’eau ambiante et l’habitat aquatique, en réduisant les coûts d’exploitation et en reportant l’expansion des infrastructures d’approvisionnement en eau. Il existe de nombreuses stratégies d’économie et de conservation de l’eau, allant des pratiques du côté de l’offre (technologies de traitement, programmes de détection et de réparation des fuites, réutilisation, augmentation des capacités de stockage, etc.) aux politiques de la demande (programmes de conservation pour les consommateurs, programmes d’éducation du grand public, programmes de comptage, incitations pour des appareils économes en eau, etc.).

Historiquement, 5 à 10% de notre eau est généralement gaspillée dans des usines de traitement des eaux de surface. L’utilisation de traitements de résidus permet de récupérer les eaux usées à l’entrée de l’usine, entraînant une perte d’eau globale ne dépassant pas un pour cent.

La conversion des eaux usées en une source d’eau alternative est reconnue comme une solution prometteuse, alors que de nombreuses communautés s’approchent des limites de leurs réserves d’eau disponibles. Les eaux usées peuvent être traitées à différents niveaux de qualité pour répondre à une variété d’utilisations, telles que l’irrigation, l’eau industrielle, l’alimentation des nappes phréatiques, l’utilisation domestique non potable, l’utilisation récréative et finalement l’utilisation potable (directe ou indirecte).

Pour de nombreuses administrations municipales, les usines de traitement des eaux usées et de l’eau potable sont leurs plus gros consommateurs d’énergie, représentant souvent 20 à 40% de leurs coûts totaux d’exploitation et de maintenance (E&M). D’autre part, les coûts énergétiques représentent les coûts les plus contrôlables ainsi que les plus grandes occasions de fourniture de services d’eau et d’eau usées. L’incorporation de pratiques d’efficacité énergétique dans les usines de traitement des eaux usées et de l’eau potable ne génère généralement que des périodes de récupération de quelques mois à quelques années. Les économies initiales peuvent être ensuite réinvesties dans d’autres solutions durables.

Des équipements, des systèmes et des composants écoénergétiques, tels que des pompes à variateur de vitesse, peuvent être facilement mis en œuvre pour économiser de l’énergie. Des commandes intelligentes peuvent améliorer les opérations d’aqueduc et d’égout en temps réel, en optimisant la consommation d’énergie sans nécessiter d’investissements importants. Les sources d’énergie renouvelables et propres, comme l’énergie solaire et éolienne, peuvent être explorées comme sources d’énergie potentielles.

La digestion anaérobie des biosolides produits lors du traitement des eaux usées génère de l’énergie verte, ce qui peut potentiellement compenser la consommation d’électricité de l’usine entière. Dans le scénario le plus simpliste, le biogaz peut être utilisé pour alimenter les chaudières et pour fournir de l’eau chaude à l’usine ; cependant, il peut également être utilisé dans les moteurs de production combinée de chaleur et d’électricité, pour produire de l’électricité et de l’énergie thermique sur place. Il peut même être raffiné, puis injecté dans le réseau de gaz naturel ou pour produire des biocarburants destinés aux véhicules de transport.

S’éloigner du traitement biologique conventionnel des eaux usées peut également aider l’usine à atteindre une consommation énergétique nette zéro. La mise en place de membranes filtrantes en céramique à la place des boues actives réduit l’énergie nécessaire à l’aération et réduit considérablement les émissions de gaz à effet de serre (GES). Cette technologie éprouvée a une sensibilité réduite aux variations de la qualité des entrants, ne s’encrasse pas facilement, est résistante à l’abrasion et permet d’installer des dispositifs de récupération de pression. Vous pouvez en apprendre davantage dans notre section « Repenser le traitement des eaux usées » pour des renseignements supplémentaires.

Comprendre comment un système utilise l’énergie est essentiel pour mieux gérer les coûts et déterminer les possibilités en matière d’efficacité énergétique. L’usine de traitement des eaux usées de Barrie, située à Barrie, en Ontario, est un exemple d’identification des possibilités de réduction des coûts énergétiques et opérationnels.

La gestion durable des matériaux vise à réduire la consommation, minimiser les déchets et prévenir la pollution. L’origine du matériau ou de la ressource est tout aussi importante, les matériaux à faible impact environnemental peuvent être recyclés / renouvelables ou récupérés et/ou d’origine locale.

Le désir croissant de minimiser l’utilisation de produits chimiques durant le traitement des eaux est manifeste. La possibilité de réduire le traitement chimique procure des avantages opérationnels directs aux communautés, notamment la sécurité des opérateurs, la stabilité des processus, la réduction des livraisons de produits chimiques et une perception accrue par le public. L’élimination des contaminants de la source d’eau par voie biologique constitue également une alternative. La filtration biologique pour éliminer les métaux, tels que le fer et le manganèse, est pratiquée depuis plus de 40 ans, éliminant le besoin d’oxydants forts et diminuant considérablement la quantité d’eau utilisée pour le lavage à contre-courant. Voyez des exemples tels que l’usine de traitement des eaux de Sainte-Angélique à Saint-Lazare, au Québec, l’approvisionnement en eau de Pugwash dans le nord de la Nouvelle-Écosse et cet article de Perspectives écrit par un Canadien travaillant en Australie-Occidentale. Un nouveau traitement utilisant des résines échangeuses d’ions biologiques pour éliminer les matières organiques a récemment été installé à grande échelle, « L’avenir de l’eau potable propre : une nouvelle méthode de traitement voit le jour » le détaille.

L’approche de récupération intégrée des ressources découle du concept d’économie circulaire, selon lequel les déchets sont considérés comme une ressource précieuse à partir de laquelle plusieurs produits peuvent être dérivés.

La récupération des ressources à partir des eaux usées et des boues ne doit pas être négligée. Les usines de traitement des eaux usées peuvent être conçues pour recueillir de manière très performante le phosphore et l’azote. Ces nutriments peuvent ensuite être consolidés en biosolides pour être utilisés dans les engrais agricoles. « D’eaux usées à ressources renouvelables » s’intéresse davantage aux technologies durables de récupération des ressources. Différents produits de valeur tels que la cellulose, les biopolymères, l’acide alginique et les métaux peuvent également être récupérés dans les eaux usées. Toutefois, les solutions permettant de récupérer ces matériaux pouvant être en concurrence, il est nécessaire de connaitre les solutions ou produits récupérés qui sont préférables aux autres.

En termes de site optimal, les installations d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées sont considérées comme des bâtiments respectueux de l’environnement qui créent un milieu sain, confortable et productif. Les installations peuvent comprendre des systèmes de ventilation à récupération de chaleur, des systèmes de chauffage et de refroidissement géothermiques, des chaudières à haute efficacité, un éclairage naturel, des éclairages DEL, un toit vert, des appareils écoénergétiques et des appareils à faible consommation d’eau. Les sites peuvent être restaurés pour fournir un habitat naturel dans les portions non aménagées et une réserve faunique locale. Le ruissellement des eaux pluviales peut être minimisé, des zones de rétention créées et exploitées à des fins non potables. La construction des installations peut se faire en utilisant des matériaux locaux et recyclés, tandis que les déchets de construction peuvent être recyclés. Bien que les toits verts soient couramment réalisés dans le secteur privé, ils sont rarement vus dans les installations d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées. Ces possibilités ne sont pas exclusives aux grandes installations, mais aussi à des usines plus petites telles que l’usine de traitement des eaux usées de la ville de Ladysmith.

De nombreux obstacles doivent être surmontés pour que ces possibilités pour les systèmes d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées se transforment en résultats positifs. Pour nos besoins, deux paradigmes méritent d’être mentionnés : la perception des conceptions durables est une dépense injustifiable, et la réticence à accepter de nouvelles technologies de traitement.

Historiquement, les ingénieurs ont abordé les considérations de durabilité comme des contraintes de conception, et les services publics les ont perçues comme un investissement injustifié. Les décisions relatives aux systèmes d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées ont toujours été dictées par des considérations de fonctionnement, de sécurité et d’analyse coûts-avantages par les services publics. Les limites de l’évaluation se restreignent souvent à l’installation de traitement de l’eau/des eaux usées en question, laissant de côté des possibilités telles que la co-digestion des biosolides avec des déchets alimentaires afin d’accroître la production de biogaz destinée à être utilisée dans le parc de bus de la région.

Afin de comprendre la valeur de la conception durable, nous avons besoin d’une évaluation collaborative et intégrative des solutions de conception. L’analyse du cycle de vie est une approche globale qui permet de déterminer si une conception est réellement durable à long terme sur les plans environnemental, économique et social. Pour que le cadre d’évaluation du cycle de vie soit efficace :

Commencez tôt
Comprenez les objectifs principaux du projet, définissez les objectifs de durabilité, définissez les limites et intégrez des alternatives durables dès le début.

Faites des analyses comparatives
Recueillez des données sur l’énergie, l’eau, les ressources et menez des enquêtes pour établir la base de référence.

Formez une équipe interdisciplinaire
La durabilité signifie trouver des solutions nouvelles et créatives qui transcendent les frontières disciplinaires. Rassemblez une équipe diversifiée pour trouver des stratégies intégrées.

Évaluez les alternatives
La conception durable nécessite une évaluation minutieuse des alternatives par rapport à plusieurs critères. Sélectionnez un ensemble complet d’indicateurs qualitatifs et quantitatifs englobant les trois piliers de la durabilité. Évaluez les résultats de chaque solution. La solution la plus équilibrée par rapport aux trois piliers est l’option la plus durable.

Les systèmes d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées doivent être mesurés et évalués en matière de performance en matière de durabilité et pour permettre une amélioration continue. Ce travail implique la sélection des indicateurs et des méthodologies utilisées pour intégrer les considérations de la durabilité dans la conception des installations. Bien que le cadre d’évaluation du cycle de vie soit prometteur, l’absence de planification anticipée, d’une base de référence raisonnable et le choix des indicateurs peuvent menacer son succès. Une stratégie de récupération intégrée des ressources (RIR) a été élaborée pour l’usine d’épuration de Courtice, dans la municipalité de Clarington (Courtice), en Ontario. L’étude a permis de créer un outil puissant pour aider la région à identifier et à évaluer les options de RIR, non seulement pour les besoins immédiats, mais également pour le futur.

L’adoption de technologies innovatrices est un autre obstacle important à la conception durable. Les usines de traitement des eaux usées et de l’eau potable sont traditionnellement des entités publiques et l’adoption de nouvelles technologies a été considérée avec scepticisme par crainte d’échec. Il est également important de comprendre que «nouvelles technologies» ne signifie pas nécessairement une technologie de pointe, mais également des processus qui n’avaient pas été mis en œuvre auparavant par le service public ou à proximité (même s’ils étaient répandus dans une autre région).

Pour accélérer l’adoption de nouvelles technologies de traitement, les services publics doivent collaborer avec les fabricants d’équipement, les consultants et les universités pour les évaluer, les tester et les mettre en œuvre. De nouvelles technologies dont la viabilité a été prouvée peuvent aider à sécuriser l’investissement, à minimiser le risque d’échec et à réussir la mise en œuvre. C’est le fondement sur lequel les organismes de réglementation peuvent approuver les innovations dans le cadre du processus d’autorisation.

La disponibilité limitée des ressources naturelles, assortie de préoccupations sociales et environnementales croissantes, incite à l’adoption d’une approche globale intégrée qui encourage les compromis pour rétablir l’équilibre entre les aspects social, environnemental et économique. En raison de la capacité intrinsèque de l’eau à transporter d’autres ressources, les installations de traitement de l’eau et des eaux usées offrent des possibilités cruciales d’aide au développement durable.

Malgré l’efficacité énergétique, la conservation de l’eau et l’optimisation des processus, sujets d’actualité dans le domaine de l’eau et des eaux usées, les municipalités de l’Amérique du Nord ont rarement intégré la conception durable dans leurs infrastructures. Une conception durable ou «verte» est continuellement perçue comme un investissement non durable.

En mettant à niveau l’évaluation traditionnelle du cycle de vie et en collaborant pour valider les nouvelles technologies, nous pouvons démontrer les avantages concrets de l’intégration de la durabilité dans la conception des systèmes d’approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées. Cela ne se fera pas du jour au lendemain — mais avec une pensée et un engagement progressifs, nous pouvons montrer la voie sans compromettre les résultats.