Usine d’eau potable : suivez la goutte et réglez les filtres

Ce que montre le modèle

Une usine de traitement de l’eau rend limpide une eau boueuse : elle rassemble les fines particules en flocs plus gros, les laisse décanter, puis filtre ce qui reste. La désinfection réduit ensuite le risque venant des microbes. En Corée, l’eau du robinet doit rester à 0,5 NTU ou moins. Une eau d’aspect clair ne prouve pas à elle seule qu’elle est potable.

Remplissez un verre au robinet de la cuisine : l’eau est claire, fraîche et sent faiblement le chlore. Un ou deux jours plus tôt, elle faisait partie d’une rivière brune. Entre la rivière et le verre, elle a traversé une usine qui a consacré l’essentiel de ses efforts à un seul problème : des grains d’argile si petits qu’ils ne tombent pas d’eux-mêmes.

Le modèle étale toute l’usine sur une table, de gauche à droite. Un barrage retient un réservoir, et une tour de prise plongée dans la rivière puise l’eau sous la surface. Une conduite l’amène au bassin d’arrivée, puis à une cuve de mélange rapide où l’on dose le coagulant, puis à travers trois compartiments de floculation munis de pales, un long décanteur, deux filtres rapides à sable, un contacteur d’ozone, un filtre à charbon actif et un réservoir de contact à chicanes où l’on ajoute le chlore. Une pompe monte l’eau jusqu’à un réservoir de distribution sur une colline, et une conduite la ramène vers un robinet de cuisine.

La visite commence avec vous en goutte d’eau, dans une rivière boueuse en aval du barrage. La caméra suit la goutte pendant que la tour de prise l’aspire, puis s’élève au-dessus de toute l’usine. L’étiquette au-dessus de la goutte indique la turbidité et le nombre de bactéries qu’elle porterait à cet endroit, et le graphique du relevé montre ces deux mêmes valeurs pour chaque étape. L’encart du microscope montre une portion d’eau large de 400 micromètres.

La barre de la scène vous fait entrer dans chaque étape : Prise (la grille devant l’ouverture de prise, une coupe large d’environ 2 m), Flocs (1 mm d’eau où les grains d’argile rencontrent le coagulant et s’agglomèrent en flocs à leur taille réelle), Décanter (une coupe du bassin avec la boue qui s’accumule au fond), Filtre (une coupe du lit de sable et d’anthracite, profond d’environ 1 m), Désinfecter (20 µm d’eau où bactéries, virus et oocystes de Cryptosporidium rencontrent le chlore, l’ozone et les UV) et Robinet (un verre). Cliquer sur un bâtiment du plan produit le même effet.

Les commandes modifient la rivière et l’usine : turbidité de la rivière (de 1 à 1000 NTU), dose de coagulant (de 0 à 150 mg/L), taille des grains d’argile, pH, vitesse de filtration, dose de chlore, ozone et charbon, lumière UV et lavage à contre-courant. Les valeurs de l’eau brute (10 NTU et 1000 bactéries par millilitre par défaut) sont des valeurs de modèle, comme la plupart des réglages de l’usine ; le relevé le précise. Les limites tracées sur le graphique sont les vraies limites coréennes.

Pourquoi l’argile ne décante pas seule

L’eau d’une rivière paraît boueuse à cause de particules d’argile et de limon, dont la plupart mesurent quelques micromètres. La turbidité, mesurée en NTU (unités néphélométriques de turbidité), indique la quantité de lumière que ces particules diffusent. La réglementation coréenne n’autorise pas plus de 0,5 NTU au robinet, ce qui paraît parfaitement clair dans un verre.

Laissez un bocal d’eau boueuse sur une étagère : le sable tombe en quelques secondes, mais le trouble reste pendant des jours. La raison est la loi de Stokes. Une petite sphère qui descend dans l’eau atteint une vitesse constante

v = g × Δρ × d² / (18 × μ)

où g est la pesanteur, Δρ l’excès de masse volumique de la particule par rapport à l’eau, d son diamètre et μ la viscosité de l’eau (environ 1,0 mPa·s à 20 °C). Le diamètre est élevé au carré. Un grain dix fois plus petit descend cent fois plus lentement.

Pour un grain minéral (2650 kg/m³) dans de l’eau à 20 °C, le modèle donne :

Un décanteur qui garde l’eau deux ou trois heures peut retenir le sable et le limon grossier, mais l’argile fine, celle qui trouble l’eau, le traverserait sans s’arrêter. Pour l’éliminer, l’usine doit grossir les particules.

Comment le coagulant les fait coller

Les grains d’argile portent dans l’eau une charge électrique négative en surface. Deux grains qui se rapprochent se repoussent, donc ils ne se touchent jamais et le nuage reste stable. C’est pourquoi le bocal sur l’étagère reste trouble.

À la cuve de mélange rapide, l’usine dose un coagulant, un sel d’aluminium ou de fer ; les usines coréennes emploient couramment le chlorure de polyaluminium. Les espèces d’aluminium chargées positivement annulent la charge des grains, et une partie de l’aluminium forme aussi un hydroxyde collant qui piège les grains ensemble. L’eau est brassée vigoureusement pendant environ une minute pour que le produit atteigne chaque grain avant d’avoir fini de réagir.

La bonne dose dépend de l’eau, et les usines la trouvent par un essai en béchers : une rangée de béchers reçoit des doses différentes, est agitée de la même façon, puis comparée après décantation. Trop peu de coagulant laisse beaucoup de grains encore chargés. Trop en donne même une charge positive, et les grains recommencent à se repousser. Le modèle utilise un exemple de courbe d’essai en béchers dont la meilleure dose est 25 mg/L.

Les flocs grandissent doucement

Après le mélange rapide, les grains déstabilisés doivent se rencontrer de nombreuses fois. Le bassin de floculation brasse l’eau avec des pales lentes, et celles de chaque compartiment tournent plus lentement que dans le précédent. Au début, un brassage doux aide les petits grains à se heurter. Plus tard, les flocs sont gros et fragiles, et des pales rapides les déchireraient.

Un floc n’est pas une boule pleine. C’est un amas lâche et ramifié qui retient beaucoup d’eau : plus il grossit, plus sa masse volumique moyenne se rapproche de celle de l’eau. Le modèle traite les flocs comme des amas fractals de dimension fractale 2,2. Un floc formé à partir de grains de 2 µm et parvenu à 120 µm n’est plus dense que l’eau que de 62 kg/m³, contre 1650 kg/m³ pour un grain isolé. Pourtant, à cause du diamètre au carré, il descend à 1,76 m/h, soit environ 140 fois plus vite que les grains dont il est fait.

L’encart du microscope montre ce changement. À la dose 0, le champ est plein de grains séparés qui s’agitent. Augmentez la dose et les grains se rassemblent en paquets ; à 25 mg/L, presque tous sont à l’intérieur de flocs.

Décanteur et loi de Stokes

Le décanteur est un long bassin où l’eau avance si lentement qu’elle semble à peine bouger. Un bassin idéal, modèle généralement attribué à l’ingénieur américain Allen Hazen, donne une règle simple. L’eau entre à une extrémité et sort à l’autre, si bien que chaque particule passe le même temps à traverser le bassin. Ce temps est la profondeur divisée par la charge superficielle, c’est-à-dire le débit divisé par la surface. Dans le modèle, la charge superficielle est de 1,5 m/h et la profondeur de 3,5 m, donc l’eau passe 2,3 heures dans le bassin.

Une particule qui descend plus vite que la charge superficielle atteint le fond avant la sortie, d’où qu’elle soit partie. Une particule plus lente n’est retenue que si elle est partie assez bas. La part retenue est sa vitesse de chute divisée par la charge superficielle. La coupe le montre : toutes les particules avancent à la même vitesse, et chacune tombe à sa propre vitesse de Stokes, ramenée à l’échelle de la charge superficielle.

Voici ce que donne le modèle pour l’argile de rivière de 2 µm selon la dose de coagulant (les valeurs de l’eau filtrée viennent de l’étape suivante) :

Le curseur de taille des grains montre l’autre face de la même loi. Gardez la dose à 25 mg/L et rendez l’argile de la rivière plus fine. Avec des grains de 1 µm, les flocs n’atteignent que 60 µm, descendent à 0,44 m/h et le bassin retient 29 % de la turbidité ; avec des grains de 0,5 µm, il en retient 7 %. Les colloïdes très fins sont l’une des raisons pour lesquelles les usines réelles ajoutent parfois des adjuvants de floculation en polymère ou choisissent un autre coagulant.

Les filtres capturent le reste

L’eau décantée contient encore environ 1 NTU dans le modèle, surtout de petits flocs. Elle descend à travers un filtre rapide, un lit d’anthracite grossier posé sur du sable plus fin, lui-même sur du gravier, le tout reposant sur un drainage inférieur à buses. La réglementation coréenne définit la filtration rapide comme une filtration à 120 m par jour ou plus, soit 5 m/h.

Un filtre n’est pas un tamis. Les vides entre les grains de sable sont bien plus grands que les particules, et celles-ci sont retenues parce qu’elles heurtent les grains en profondeur dans le lit et s’y collent. C’est aussi pourquoi la coagulation compte ici : des particules déstabilisées adhèrent bien mieux. Le modèle attribue au filtre une élimination de 0,3 log sans coagulant et de 1,3 log avec une coagulation complète, de sorte que 1 NTU ressort à 0,05 NTU. La réglementation coréenne exige que 95 % des échantillons mensuels d’eau filtrée soient à 0,3 NTU ou moins et qu’aucun échantillon ne dépasse 1 NTU.

L’anthracite est plus léger que le sable, donc la couche grossière reste au-dessus après le lavage. Le lit se colmate lentement et le niveau d’eau au-dessus monte. La cellule est alors mise hors service et lavée à contre-courant : de l’eau, souvent précédée d’air, est poussée vers le haut à travers le lit, qui se dilate, et les grains se frottent les uns aux autres jusqu’à être propres ; l’eau sale se déverse dans les goulottes. Activez le lavage à contre-courant pour voir la cellule de droite se soulever et les goulottes se remplir d’eau brune.

Ozone et charbon actif

Beaucoup de grandes usines coréennes ajoutent un traitement avancé après les filtres. L’ozone est insufflé dans l’eau, dans un contacteur couvert. C’est un oxydant puissant qui décompose des composés comme la géosmine et le 2-MIB, qui donnent un goût de terre lors des proliférations d’algues, et qui détruit aussi des microbes. L’eau traverse ensuite un lit profond de charbon actif en grains, dont l’énorme surface interne adsorbe la matière organique restante. Dans le modèle, ces étapes retirent un log de bactéries de plus ; désactivez-les et l’eau emprunte la conduite de dérivation placée en amont.

Le chlore agit par concentration multipliée par temps

La désinfection est la dernière barrière. Des bactéries comme E. coli meurent en quelques secondes dans une petite quantité de chlore libre, mais les virus et les kystes de protozoaires comme Giardia demandent une exposition bien plus longue. Les autorités mesurent cette exposition par le CT : la concentration de désinfectant restante à la sortie (mg/L) multipliée par le temps de contact (minutes). Dans la Surface Water Treatment Rule américaine, qui repose sur la même idée, le traitement doit éliminer ou inactiver au moins 99,9 % des kystes de Giardia et 99,99 % des virus, la filtration et la désinfection s’additionnant pour atteindre cet objectif.

Le temps qui compte n’est pas le temps moyen mais T10, le temps au bout duquel les premiers 10 % de l’eau sont passés. Dans une cuve simple, une partie de l’eau file tout droit ; c’est pourquoi le réservoir de contact a des cloisons qui obligent l’eau à serpenter d’un côté à l’autre. Le modèle prend T10 = 30 minutes et suppose que l’eau consomme aussitôt 0,3 mg/L de chlore. Une dose de 1,0 mg/L laisse 0,7 mg/L, donc CT = 0,7 × 30 = 21 mg·min/L. La réglementation coréenne exprime le résultat par un rapport d’inactivation, le CT obtenu divisé par le CT requis pour la température et le pH, et ce rapport doit être d’au moins 1.

Du réservoir au robinet

Des pompes montent l’eau jusqu’à un réservoir de distribution sur un terrain élevé, qui lisse la demande au cours de la journée et donne la pression qui pousse l’eau jusqu’aux maisons par gravité. En chemin, le chlore continue de réagir avec les parois des conduites et avec ce que l’eau contient. Le modèle le fait décroître de 4 % par heure pendant 24 heures. La réglementation coréenne exige au moins 0,1 mg/L de chlore libre au robinet, de sorte qu’un peu de désinfectant est encore présent si quelque chose s’introduit dans les conduites, et pas plus de 4,0 mg/L.

Faites glisser le curseur de chlore et observez le dernier point du graphique des bactéries. À 1,0 mg/L, 0,27 mg/L arrive au robinet. À 0,6 mg/L, il en arrive 0,12 mg/L, juste assez. À 0,5 mg/L, seulement 0,08 mg/L arrive, et le modèle laisse les bactéries repousser dans les conduites, exemple de la raison d’être de ce minimum.

Plus de boue exige bonne dose et bon pH

Dans le modèle, la meilleure dose de coagulant augmente avec la turbidité de la rivière, selon (turbidité / 10 NTU)^0,45 × 25 mg/L : environ 41 mg/L à 30 NTU, 70 mg/L à 100 NTU et 115 mg/L à 300 NTU. L’exposant est une valeur de modèle qui imite l’allure habituelle des résultats d’essais en béchers, où doubler la turbidité ne double pas la dose. Trop peu de coagulant laisse la plupart des grains isolés ; beaucoup trop les enrobe d’une charge de signe opposé et ils se repoussent de nouveau, ce qui explique que la taille des flocs diminue au-delà de la meilleure dose.

Le pH compte autant que la dose. Les coagulants à l’aluminium agissent le mieux dans une fenêtre autour de la neutralité ; dans le modèle, la part des grains qui rejoignent des flocs tombe à environ 64 % à pH 6 ou 8 et à 37 % à pH 5,5 ou 8,5. Les usines réelles font des essais en béchers à plusieurs pH pour cette raison, et corrigent le pH avec un acide ou une base quand la rivière change.

Après de fortes pluies, une rivière peut charrier beaucoup plus de limon que d’habitude. Sur la scène, 300 NTU à la dose normale de 25 mg/L laissent environ 230 NTU après le bassin et 39 NTU après les filtres. Avec environ 115 mg/L, les flocs reviennent, le bassin laisse 5,5 NTU et les filtres ramènent l’eau à 0,27 NTU à 5 m/h, tout juste sous la limite de 0,3 NTU. Poussez les filtres à 8 m/h et la même eau ressort à 0,51 NTU : une eau d’orage demande en général une filtration plus lente en plus d’un coagulant plus abondant.

Quand le filtre se remplit

Un lit filtrant retient les particules dans les espaces entre ses grains, donc il se remplit peu à peu. La ligne Charge du filtre compte cela dans le modèle : elle monte plus vite quand plus de turbidité atteint le filtre et quand le filtre tourne plus vite. Tant que la charge reste sous 100 %, rien ne change à la sortie. Au-delà, des particules commencent à passer au travers et la turbidité de l’eau filtrée grimpe vite ; dans le modèle, elle est environ 13 fois plus élevée à 130 %. Les exploitants surveillent la perte de charge et la turbidité de l’eau filtrée et lavent à contre-courant avant d’en arriver là, en poussant de l’air et de l’eau vers le haut à travers le lit, qui se soulève, tandis que la saleté est entraînée dans les goulottes.

Trois microbes, trois barrières

La vue Désinfecter montre pourquoi les usines utilisent plus d’une barrière. Les bactéries ordinaires meurent vite dans le chlore. Les virus en demandent plus : la réglementation américaine compte une destruction de 4 log des virus à un CT de 6 mg·min/L à 10 °C. Les oocystes de Cryptosporidium ont une paroi que les doses normales de chlore atteignent à peine ; ils sont donc éliminés surtout par la coagulation et la filtration, et inactivés par les UV, qui demandent environ 22 mJ/cm² pour 4 log.

Le pH modifie aussi le chlore. Le chlore libre est un mélange d’acide hypochloreux (HOCl, points verts) et d’ion hypochlorite (OCl⁻, points bleu pâle). La répartition dépend du pH, avec une moitié de chacun vers pH 7,5 : à pH 7, environ 78 % est de l’HOCl, à pH 8,5 seulement environ 10 %. L’HOCl est de loin le désinfectant le plus puissant, donc, dans le modèle, le même chlore tue les virus bien plus lentement dans une eau alcaline. À pH 8,5 et 0,8 mg/L, la destruction des virus passe de 6 log ou plus à environ 1,3 ; porter la dose à 2,0 mg/L la ramène au-dessus de 4 log, et ramener le pH à 7 aussi.

La dernière ligne du relevé donne les log de désinfection pour les bactéries, les virus et Cryptosporidium. Le chiffre pour l’ensemble de l’usine que les défis utilisent pour Cryptosporidium ajoute l’élimination par décantation et filtration, que le modèle relie à l’élimination de la turbidité.

Une journée de votre eau

Séoul a fourni en moyenne 3 084 211 m³ d’eau par jour en 2025, soit 307 litres par personne, commerces et bureaux compris autant que les logements. L’usine du modèle produit 100 000 m³ par jour, soit environ 1157 litres par seconde ; 307 litres lui prennent donc environ un quart de seconde, et sa journée d’eau couvre environ 326 000 personnes à ce rythme. Au prix moyen d’un ménage séoulite de 600,5 wons par m³ en 2025, un litre d’eau du robinet coûte environ 0,6 won, avant les redevances d’assainissement.

Ce que le modèle omet

L’usine est dessinée à petite échelle et les pièces ne sont pas à l’échelle les unes par rapport aux autres. Un vrai décanteur mesure 50 à 100 mètres de long et plusieurs mètres de profondeur, et une usine de taille moyenne compte une douzaine de cellules de filtration ou plus. Les tailles de particules à l’écran suivent le logarithme de la taille réelle, parce qu’un grain de 2 µm et un floc de 120 µm ne pourraient pas être vus ensemble à l’échelle réelle.

Les calculs sont volontairement simplifiés. L’eau réelle d’une rivière charrie un large éventail de tailles de particules, pas une seule, et la croissance des flocs dépend de l’énergie de brassage, de la température, du pH et de la chimie de l’eau, pas seulement de la dose. Les vrais bassins ne sont pas idéaux : les courants et le vent réduisent leurs performances. L’élimination par le filtre et les nombres de bactéries sont des valeurs d’exemple choisies pour montrer la tendance. La reprise bactérienne dans les conduites est une caricature d’un risque réel, pas une mesure. Les usines ajustent aussi le pH, ajoutent parfois une étape de préchloration et gèrent les boues, que le modèle ne montre que comme une couche brune au fond du bassin.

Les commandes plus récentes reposent sur d’autres valeurs de modèle : la meilleure dose croît comme (turbidité / 10 NTU)^0,45 ; la fenêtre de pH est une courbe en cloche centrée sur pH 7, d’une largeur de 1,5 unité ; l’élimination par le filtre varie comme la racine carrée de 5 m/h divisé par la vitesse de filtration ; la charge du filtre monte avec la puissance 0,4 de la turbidité décantée, et le passage des particules croît 40 fois plus vite que le dépassement de la charge ; l’ozone ajoute 1 log pour les bactéries, 2 pour les virus et 0,5 pour Cryptosporidium ; les UV sont réglés à 40 mJ/cm² ; et les virus et les oocystes suivent respectivement la moitié et les neuf dixièmes de l’élimination log de la turbidité dans l’usine. Les lignes d’odeur au-dessus du verre commencent à 1,0 mg/L au robinet, un seuil de modèle : l’OMS note que certaines personnes peuvent goûter le chlore dès 0,3 mg/L, et la limite de 4,0 mg/L en est très éloignée. Les vues rapprochées ne sont pas à une échelle commune : chaque légende donne la sienne.

Exemple : dimensionner une usine de 100 000 mètres cubes par jour

L’exposition donne des vitesses et des profondeurs, mais pas la taille des cuves. Voici un dimensionnement approximatif pour l’usine d’une ville de taille moyenne, 100 000 m³ d’eau par jour. Le débit est une hypothèse, comme le nombre de cuves ; les vitesses sont celles utilisées dans le modèle.

• Débit. 100 000 m³/jour font 4167 m³/h, soit 1,16 m³/s.
• Décanteur. Avec une charge superficielle de 1,5 m/h, la surface totale est 4167 ÷ 1,5 = 2778 m². À 3,5 m de profondeur, cela fait 9722 m³, et l’eau y séjourne 9722 ÷ 4167 = 2,3 heures, la valeur affichée dans l’exposition. En pratique, cette surface est répartie en plusieurs bassins, pour pouvoir en vider un afin de le nettoyer.
• Et si le débit double ? Un jour d’orage, une usine peut devoir faire passer deux fois plus d’eau dans les mêmes bassins. La charge superficielle devient 3,0 m/h. Les flocs à 25 mg/L descendent à 1,76 m/h, donc la règle du bassin idéal dit que seuls 1,76 ÷ 3,0 = 59 % d’entre eux sont retenus, et que l’eau séjourne 1,2 heure au lieu de 2,3. Les filtres reçoivent alors une charge de flocs bien plus lourde, ce qui explique que les exploitants réduisent le débit ou augmentent la dose quand la rivière devient boueuse.
• Coagulant. 25 mg/L font 25 g par m³, donc 100 000 m³ demandent 2500 kg de produit par jour, un peu plus de 100 kg chaque heure. La meilleure dose se trouve par un essai en béchers et change à chaque orage, si bien que le débit de la pompe est souvent ajusté.
• Filtres. À la vitesse minimale de filtration rapide de 5 m/h, la surface filtrante est 4167 ÷ 5 = 833 m². Une usine ne peut pas laver toutes les cellules à la fois. Avec 12 cellules de 70 m² chacune, une cellule est toujours hors service pour le lavage dans le pire des cas, ce qui laisse 11 × 70 = 770 m², et la vitesse sur les autres monte à 4167 ÷ 770 = 5,4 m/h.
• Réservoir de contact. Si les cloisons donnent T10 = 30 minutes et sont assez bonnes pour que T10 soit la moitié du temps de séjour moyen (hypothèse), la cuve doit contenir 60 minutes de débit, soit 4167 m³. Une cuve sans cloisons aurait un T10 très inférieur à son temps moyen, et devrait être bien plus grande pour le même CT.
• Chlore. Une dose de 1,0 mg/L est 1,0 g par m³, donc 100 kg de chlore par jour, dont la demande en chlore de 0,3 mg/L consomme aussitôt 30 kg.

La dernière ligne est celle qu’on oublie quand on voit CT = 21 mg·min/L. Le CT dépend de la température. Dans son guide de profilage, l’EPA américaine indique un CT de 127,9 min·mg/L pour 3 log d’inactivation de Giardia à 6 °C, pH 6,7 et 1,0 mg/L de chlore. Faites fonctionner le même réservoir de contact avec une rivière d’hiver, et les 21 mg·min/L de cet exemple représenteraient environ 16 % de ce que demande ce tableau. Par temps froid, l’usine doit augmenter le résidu, allonger le temps de contact ou recourir à une autre barrière.

Comparer chlore, ozone, UV et membranes

Chaque barrière est efficace contre certaines choses et faible contre d’autres, ce qui explique qu’une usine d’eau de surface en empile plusieurs.

Les chiffres des UV montrent le schéma. Le tableau des doses d’UV de l’EPA donne 12 mJ/cm² pour 3 log (99,9 %) d’inactivation de Cryptosporidium et 11 mJ/cm² pour Giardia, mais 143 mJ/cm² pour 3 log d’inactivation des virus, soit presque douze fois plus. Une dose en mJ/cm² est l’intensité de la lampe en mW/cm² multipliée par les secondes d’exposition, de sorte qu’un réacteur qui délivre 2 mW/cm² pendant 6 secondes apporte 12 mJ/cm². C’est pourquoi la boîte à outils UV de l’EPA dit qu’une usine peut employer les UV contre les protozoaires et le chlore contre les virus, avec le chlore ajouté en aval des UV.

Les désinfectants réagissent aussi avec la matière organique de l’eau pour former des sous-produits. L’EPA limite les trihalométhanes totaux à 0,080 mg/L et cinq acides haloacétiques à 0,060 mg/L, et fixe un résidu maximal de 4,0 mg/L pour le chlore et pour les chloramines. Les limites sur les sous-produits expliquent en partie que les usines retirent la matière organique par coagulation et charbon avant d’ajouter du chlore, au lieu d’en ajouter simplement davantage.

Quatre cas réels

Soho, Londres, 1854. En septembre 1854, environ 600 personnes sont mortes du choléra en une semaine autour de Broad Street. La croyance dominante était que le choléra voyageait dans l’air vicié. John Snow a cartographié les cas et soutenu que l’eau de la pompe de Broad Street portait la maladie ; la poignée de la pompe a été retirée et l’épidémie s’est terminée, bien qu’elle fût déjà en recul parce que les gens quittaient le quartier. Snow a aussi comparé des maisons alimentées par deux compagnies des eaux, l’une puisant dans un tronçon de la Tamise pollué par les eaux usées et l’autre plus en amont. Ce cas est enseigné parce qu’il montre qu’on peut répondre à la question « d’où venait cette eau ? » avec une carte et un décompte, à une époque où la théorie des germes n’était encore qu’un point de vue minoritaire non prouvé.

Jersey City, 1908. La filtration du début des années 1900 réduisait la turbidité, mais l’histoire du traitement de l’eau potable de l’EPA indique que ce sont les désinfectants, comme le chlore, qui ont le plus contribué à réduire les épidémies d’origine hydrique à cette période. Jersey City, dans le New Jersey, a employé le chlore comme désinfectant primaire pour la première fois en 1908. C’est la pratique qui se trouve derrière le curseur de dose de chlore.

Flint, Michigan, 2014 à 2015. En avril 2014, la ville a changé de source pour la Flint River, et une usine qui n’avait pas fonctionné pleinement depuis presque 50 ans a dû la traiter. Une revue de la crise, évaluée par des pairs, note que le service n’avait pas de plan de maîtrise de la corrosion et que des essais pilotes et une étude de la corrosion suffisants n’avaient pas été faits avant le changement. En 2015, Marc Edwards et ses collègues ont prélevé dans 120 logements : 20 % dépassaient le seuil d’intervention de 15 µg/L pour le plomb, et le 90e centile était de 30 µg/L. L’eau était traitée comme n’importe quelle autre eau de rivière. Ce qui manquait, c’était la maîtrise de la corrosion, la chimie qui empêche les vieilles conduites en plomb de relâcher du plomb dans l’eau. La ville est revenue à son ancien fournisseur le 16 octobre 2015. L’exposition s’arrête au robinet, mais ce cas montre que le travail d’une usine se poursuit dans les conduites.

Villes coréennes, traitement avancé. La direction des eaux d’Incheon indique avoir commencé à convertir ses usines au traitement avancé (oxydation à l’ozone puis charbon actif en grains) avec l’usine de Bupyeong en 2016, avoir terminé celle de Gongchon en 2021 et prévoir de terminer celle de Susan d’ici 2026. Elle note aussi que le ministère de l’Environnement a ajouté les larves de chironomes (moucherons) aux éléments de surveillance de l’eau potable en octobre 2023, car les lits de charbon actif mal entretenus peuvent en être colonisés. Le traitement avancé règle le problème de goût et d’odeur, et apporte son propre travail d’entretien.

Trois sources de chiffres de qualité

Ces trois ensembles de chiffres sont écrits dans des buts différents. L’OMS publie des valeurs guides que les gouvernements adaptent. L’EPA écrit des limites légales (MCL) et des techniques de traitement (TT). La Corée inscrit des limites dans des ordonnances. Ce ne sont pas toujours la même grandeur, il faut donc les comparer avec prudence.

Le modèle ne trace que les lignes de turbidité et de chlore, parce que ce sont les grandeurs que les trois curseurs modifient.

Malentendus fréquents

• « Plus de coagulant nettoie toujours plus d’eau. » La courbe d’essai en béchers dit le contraire. Dans le modèle, 60 mg/L donnent des flocs de 72 µm qui descendent à 0,95 m/h et laissent 0,80 NTU après les filtres, ce qui est pire que 25 mg/L avec 0,050 NTU.
• « Une eau claire est une eau sûre. » La turbidité mesure la quantité de lumière que diffusent les particules. Un verre peut être limpide comme du cristal et contenir quand même du plomb dissous ou des microbes trop petits pour diffuser beaucoup de lumière. C’est pourquoi le graphique montre les bactéries et la turbidité en deux courbes séparées, et pourquoi les échantillons de Flint ont été analysés pour le plomb, pas pour la limpidité.
• « Un filtre est un tamis fin. » Ses pores sont bien plus grands que la plupart des particules qu’il retient. Les grains les captent par contact en profondeur dans le lit, ce qui explique qu’un filtre fonctionne mieux après la coagulation.
• « Le chlore tue tout. » L’OMS note que le chlore est inefficace contre les oocystes de Cryptosporidium. Les usines comptent sur la filtration, et parfois sur les UV ou l’ozone, pour ceux-là.
• « L’eau est bonne dès qu’elle sort de l’usine. » Le résidu au robinet, 0,27 mg/L par défaut dans le modèle, existe parce que les conduites font aussi partie du système.

À essayer sur l’écran

1. Réglez la Dose de coagulant sur 0. Le microscope montre des grains séparés, et le graphique se termine à environ 5,0 NTU après les filtres, la limite de 0,5 NTU étant manquée d’un facteur dix.
2. Augmentez lentement la dose jusqu’à ce que le chiffre après les filtres passe pour la première fois sous 0,3 NTU. Le tableau ci-dessus dit que cela doit arriver entre 10 et 25 mg/L.
3. Poussez la dose à 60. Les flocs rétrécissent à 72 µm et le résultat se dégrade. Revenez à 25.
4. Avec la dose à 25, descendez la Taille des grains d’argile à 0,5 µm. Le bassin ne retient que 7 % de la turbidité.
5. Désactivez Ozone et charbon et regardez l’eau emprunter la conduite de dérivation. Réactivez-les.
6. Activez le Lavage à contre-courant et regardez la cellule de droite pendant que les goulottes se remplissent.
7. Réglez la Dose de chlore sur 0,5 mg/L et suivez le dernier point du graphique des bactéries. À 0,6 mg/L cela passe tout juste, à 0,5 mg/L cela échoue.
8. Activez Voir dedans sur le réservoir de contact et suivez les cloisons avec La goutte. Utilisez Noms des pièces si vous perdez le fil.
9. Appuyez sur Flocs dans la barre de la scène, réglez la dose sur 0, puis de nouveau sur 25, et regardez les grains se rassembler en flocs. Déplacez ensuite le pH sur 6 puis sur 8,5.
10. Réglez la Turbidité de la rivière sur 300 NTU et appuyez sur Décanter. Augmentez la dose jusqu’à ce que le relevé revienne dans les limites, puis essayez la Vitesse de filtration à 8 m/h.
11. Dans Filtre, laissez la scène tourner et regardez la Charge du filtre monter. Lavez à contre-courant avant qu’elle n’atteigne 100 %.
12. Dans Désinfecter, réglez le pH sur 8,5 : les points verts cèdent la place à des points bleu pâle et moins de virus deviennent gris. Activez ensuite la Lumière UV et regardez les oocystes orange.
13. Sous À essayer, lancez les défis ; le badge sur la scène compte ceux qui sont réussis. Mon eau transforme votre consommation d’eau quotidienne en secondes de fonctionnement de l’usine.