Par Matthias Vanheerentals

Une nouvelle installation pilote pour simuler le réseau d’eau potable

Dans le Centre for Advanced Process Technology for Urban REsource recovery (CAPTURE), une installation pilote a été construite pour simuler le réseau d’eau potable. Il s’agit d’une première en Europe. De nombreuses expériences y seront menées notamment sur le goût et l’odeur de l’eau potable. Cela permettra entre autres d’analyser l’impact du changement des températures sur le réseau d’eau potable.

Il y a deux ans, l’UGent – en partenariat avec les distributeurs d’eau potable et AquaFlanders – a présenté auprès du Fonds pour la Recherche Scientifique un projet de recherche qui doit répondre à des questions fondamentales pour le secteur de l’eau potable. Le projet baptisé Biostable a bénéficié dans le bâtiment de CAPTURE des équipements et des espaces nécessaires pour construire la nouvelle installation pilote qui doit simuler un réseau d’eau potable. « Nous allons y réaliser des tests pour voir si la qualité de l’eau potable peut évoluer notamment en raison de conditions environnementales », dit Nico Boon, professeur au Centre d’Ecologie et de Technologie Microbiennes (CMET). « Nous pensons au changement climatique qui entraîne une hausse des températures. Nous pourrons simuler les effets sur le réseau d’eau potable, et ce de manière reproductible. Nous pourrons étudier les effets sur la qualité de l’eau potable si on n’utilise plus de chlore pour la production d’eau potable. Si la qualité des eaux de surface se modifiait, d’autres composants organiques pourraient peut-être s’introduire dans le réseau : quel effet cela pourrait-il avoir ? Notre projet vise surtout à préserver la bonne qualité de l’eau potable dans les années à venir. » Selon Jan Arends, directeur des programmes sur l’eau chez CAPTURE, ce projet est indispensable. « Nous voulons étayer les connaissances du terrain avec des connaissances fondamentales. Cette installation pilote doit nous préparer à ce qui va arriver. Que va-t-il se passer dans 5 à 10 ans quand nous aurons des étés secs ? Nous voulons faire de la prévention en intervenant dès à présent. Le changement climatique, les hausses de température, les ressources variables et l’insuffisance de l’eau à certains endroits posent de grands défis. Ce sont des défis pour tous les fournisseurs d’eau potable. Ces dernières années, on s’est bien rendu compte sur le terrain que l’on ne pouvait plus y arriver seul. En unissant nos efforts, nous pouvons apporter quelque chose à toute la Flandre. »

Le transport de l’eau

Pour Bart De Gusseme, professeur au CMET et également senior water expert chez Farys, le risque principal ne se situe pas au niveau de la production mais au niveau du transport de l’eau. « C’est ce que nous avons appris de nos entretiens avec les différentes compagnies de distribution d’eau d’AquaFlanders associées au projet. C’est quand l’eau est transportée, distribuée et séjourne dans le réseau que certaines parties du réseau peuvent subitement connaître des problèmes d’odeur, de goût ou de couleur. On observe parfois même une recroissance microbienne. Cela ne provoque pas toujours des problèmes de santé. Dans un réseau de distribution, il est toujours difficile de trouver les causes. D’où viennent ces problèmes ? Quels agents chimiques provoquent une réaction dans le transport ? Quelles contaminations se développent ? Qu’est-ce qui déclenche la recroissance microbienne ? Pour simuler tout cela, nous allons volontairement provoquer des contaminations dans notre installation pilote. Ce qui est impossible à faire sur le vrai réseau. L’installation est constituée de trois circuits de 100 mètres de conduites en PVC-U. Ces éléments sont également utilisés pour l’aménagement de réseaux de distribution, avec le certificat Hydrocheck de Belgaqua. Ainsi, nos expériences sont très réalistes et nous pouvons voir comment un biofilm se forme dans les canalisations et quelle interaction cela produit avec l’eau. »

Groupes de recherche

Plusieurs groupes de recherche sont impliqués dans le projet. « Nous avons un groupe qui se concentre sur la chimie », dit Boon « L’eau potable connaît parfois des problèmes de goût et d’odeur. C’est à cause de composants chimiques qui peuvent être d’origine chimique et microbienne. Nous avons un deuxième groupe qui s’intéresse aux composants organiques présents dans l’eau. Ceux-ci nourrissent les bactéries qui peuvent transformer les substances en odeurs et saveurs indésirables. Nous avons aussi un volet microbiologique pour voir quelles bonnes ou mauvaises bactéries commencent à se développer. Le quatrième volet concerne de nouvelles méthodes de détection pour étudier ces bactéries. Dans la dernière partie, nous allons tout modéliser. Dans une installation académique, nous allons faire varier certaines choses et voir l’impact produit sur ces différents aspects. »

L’UGent mènera beaucoup de recherches. « Dans le premier projet, nous allons étudier le carbone organique encore présent dans l’eau potable », dit Bart De Gusseme. « Nous vérifierons quelle fraction est la plus importante pour causer une recroissance microbienne. Les fractions peuvent être des précurseurs d’autres interactions chimiques et de la formation de substances qui donnent parfois une mauvaise odeur à l’eau potable. Si nous savons ce qui est présent et quelles sont les fractions importantes, nous pouvons obtenir des informations essentielles pour intervenir sélectivement en amont dans la production. Le deuxième lot de travaux se penche davantage sur ce sujet et plutôt d’un point de vue chimique. Nous travaillons sur l’analyse et les techniques. Les limites de détection sont très basses. Nous voulons savoir quelles substances provoquent une mauvaise odeur et un mauvais goût. Si nous pouvons déterminer quelles substances posent vraiment problème, quelle est leur origine, comment elles se forment, au plan chimique ou microbiologique, nous pourrons aussi intervenir de manière sélective. »

Recroissance bactérienne

Le troisième lot étudie la recroissance bactérienne. « Nous plaçons des petits coupons dans l’installation pour pouvoir suivre le développement du biofilm dans ce réseau de canalisations », dit De Gusseme. « Les tests de biofilms sont souvent difficiles. Nous allons tester concrètement cette approche sur les matériaux de canalisations utilisés. La paroi intérieure est maintenue lisse pour favoriser le développement du biofilm. Nous allons ensuite l’analyser au microscope. Nous pouvons compter et recenser toutes les bactéries. Nous suivrons également tout cela en ligne. Quand nous fermons un circuit, nous pouvons aussi ajouter des modèles d’agents pathogènes dans cette cuve de 1000 litres et les faire circuler dans le circuit en question. Ce qui ne peut jamais se faire dans la pratique. Mais ici, nous pouvons le tester. Nous pouvons voir comment les agents pathogènes peuvent s’installer et se disperser dans l’eau potable. » L’installation est raccordée au réseau local d’eau potable qui se trouve dans la zone de distribution de Farys. Les trois circuits sont alimentés à partir d’une cuve de 1000 litres. On peut aussi prélever de l’eau d’autres fournisseurs d’eau potable ou via d’autres méthodes de production.

Matériel génétique

Dans le quatrième lot, les chercheurs vont encore plus loin. « Nous voulons aussi étudier le matériel génétique par criblage moléculaire avec les techniques les plus récentes », dit Nico Boon. « La question est de savoir comment détecter les mauvaises bactéries. Les distributeurs d’eau potable essaient actuellement de les mettre en culture, comme le prévoit la réglementation. Mais plus de 99 % des bactéries sont impossibles à cultiver. Cela signifie que nous ne pouvons en étudier qu’une infime fraction. C’est pourquoi il faut utiliser d’autres techniques permettant de cartographier tout le microbiome. Ce n’est que lorsqu’on sait quelles bactéries sont présentes que l’on peut comprendre leur influence sur la qualité de l’eau. On va chercher des techniques avec lesquelles les cultures ne sont plus nécessaires. » Le cinquième lot vise à modéliser les phénomènes hydrauliques sur l’installation pilote. « On va étudier toutes les relations avec les temps de séjour, la recroissance bactérienne et l’influence des températures et des profils d’écoulement dans les canalisations », dit De Gusseme. « Nous pouvons transposer tout cela au niveau du réseau. Les distributeurs ont aussi cartographié leur réseau sous forme numérique, en indiquant les diamètres et les longueurs des canalisations. Ainsi pouvons-nous voir comment certains mélanges et temps de séjour de l’eau potable peuvent influencer la qualité ou quels endroits du réseau présentent des risques. Tout cela pour les anticiper. Nous allons valider le modèle avec les résultats de l’installation pilote et du terrain pour les utiliser ensuite de façon proactive. »

Capteurs

Le système pilote comporte divers capteurs mesurant notamment la pression, le pH et la température. « Pouvoir contrôler la température est un atout unique », dit Bart De Gusseme. « Nous pouvons maintenir et stabiliser la température du réseau pour effectuer les essais. C’est représentatif du réseau. Mais on le fait aussi dans une perspective d’avenir. Nous prévoyons une augmentation de la température de l’eau potable issue des eaux de surface. Mais nous pouvons aussi observer un impact de quelques degrés sur les eaux souterraines. Nous pouvons simuler tout cela sur cette installation. Il est très important de stabiliser cette température pour en tirer ensuite les bonnes conclusions. » L’installation a encore d’autres spécificités. « Nous avons pensé à l’avenir en prévoyant des points de prélèvement supplémentaires pour placer d’autres capteurs ou prélever d’autres échantillons pendant les analyses », dit Jan Arends. « Nous pouvons aussi en retirer. Nous pouvons placer dans notre installation une canalisation en cours d’usage dans le réseau et la soumettre à des tests. Nous avons trois circuits, ce qui nous permet d’en utiliser un à titre de référence et les deux autres pour mener des expériences. Par exemple, un circuit avec du matériel ordinaire et un autre avec du matériel de terrain, puis nous pouvons comparer la qualité des matériels, la durabilité, etc. et en tirer de véritables enseignements. Les réseaux nécessitent des entretiens et des remplacements, ce sera encore plus souvent le cas à l’avenir. Quand on raccorde des matériels différents entre eux : que produisent ces raccordements ? Cela a-t-il certains effets ? Pouvons-nous en tirer des leçons ? Pouvons-nous encore entreprendre une action préventive ? Actuellement, tout cela se fait sur le terrain avec des connaissances historiques. Ces fondements scientifiques ne sont pas toujours disponibles car on ne peut pas réaliser ces études sur le terrain avec les techniques que nous avons maintenant. Nous essayons désormais d’y intégrer vraiment cette base scientifique. L’installation n’est pas achevée et ne le sera jamais. Chaque fois que nous recevons une nouvelle demande d’analyse, il est possible d’y apporter des adaptations. » L’installation a été construite par la société Innovation Engineering & Construction NV située à Riemst. Elle utilise notamment des capteurs de la firme Endress+Hauser.

Jan Arends, directeur des programmes sur l’eau chez CAPTURE :

« Nous voulons étayer les connaissances du terrain avec des connaissances fondamentales. »

Bart De Gusseme, professeur à l’UGent.

« Pouvoir contrôler la température est un atout unique. »

Le professeur Nico Boon.

« L’eau potable connaît parfois des problèmes de goût et d’odeur. »