La sobriété hydrique des infrastructures modernes est plus qu’une tendance; c’est une nécessité pour lutter contre les impacts déjà réels du changement climatique. Le recyclage de l’eau émerge comme un outil clé d’adaptation à ces mutations environnementales.
Au cœur de cette dynamique, l’Université Emory, située à Atlanta en Géorgie, se profile comme un précurseur, grâce à la mise en place d’un système de réutilisation de l’eau particulièrement innovant. Ce dernier s’érige en modèle tant pour les campus universitaires que pour les infrastructures à travers le globe.
Cet article se propose d’analyser ce projet d’économie circulaire de l’eau de l’université d’Emory, d’en souligner les bénéfices et et la manière dont elle ouvre la voie à une gestion plus responsable de l’eau au sein des campus universitaires.
Le WaterHub : un système de réutilisation de l'eau avant-gardiste
Origine et conception
Dans un contexte de stress hydrique accru à Atlanta, exacerbé par des sécheresses sévères et des tensions inter-état sur la gestion de l’eau, l’université d’Emory a cherché des solutions pour réduire son empreinte écologique et minimiser son impact sur les ressources en eau du territoire.
Le projet de WaterHub, lancé en 2015, marque une étape importante dans le déploiement de cette politique environnementale responsable. Première installation de ce type au sein d’une université américaine, le Waterhub assure le traitement in situ de près de 1 500 m3 d’eaux usées par jour directement réutilisables pour des usages non potable.
Cette infrastructure permet ainsi au Campus d’économiser jusqu’à 40 % de sa consommation d’eau potable, soit environ 832 000 m3/an.
Technologie et Processus
Le WaterHub de l’Université Emory se distingue par l’utilisation de technologies avancées pour la réutilisation de l’eau, mettant en œuvre des processus biomimétiques qui imitent les systèmes naturels de purification de l’eau.
Grâce à cette approche innovante, des systèmes hydroponiques et des zones humides artificielles sont employés pour filtrer et purifier les eaux usées. Après traitement, celles-ci sont prêtes à être réutilisées pour différents usages tels que le refroidissement des bâtiments, le chauffage, et l’alimentation en eau des toilettes.
Le WaterHub est composé de deux bâtiments (site inférieur et site supérieur) mettant en œuvre des procédés de traitement complémentaires. De leur prélèvement dans la canalisation d’égout jusqu’à leur réutilisation sur le campus, voici un aperçu global du processus de purification des eaux usées :
- Prélèvement de l’eau usée : le voyage commence avec l’extraction de l’eau usée d’une canalisation située près du site inférieur du WaterHub. Cette eau, qui provient des activités domestiques et sanitaires du campus, est ensuite pompée vers le site de traitement supérieur.
- Filtration initiale : À son arrivée au site supérieur, l’eau usée entre dans un tamis rotatif. Cette première étape permet d’éliminer les débris et les particules solides de grande taille, préparant ainsi l’eau pour le traitement biologique.
- Traitement biologique dans le MBBR : L’eau filtrée est dirigée vers le système de bio-réacteur à lit mobile (MBBR). Ici, elle est traitée par des micro-organismes fixés sur des supports mobiles. Cette étape permet de dégrader biologiquement les polluants organiques dissous dans l’eau.
- Réacteurs hydroponiques à film fixe submergés : Après le MBBR, l’eau passe dans des réacteurs hydroponiques où des plantes et leurs systèmes racinaires contribuent à la purification. Les racines offrent une surface supplémentaire pour le développement des biofilms qui poursuivent le traitement de l’eau, améliorant l’oxygénation et la filtration naturelle. Ce processus s’inspire de ce que l’on retrouve dans la nature, il est biomimétique.
- Zones Humides : après les réacteurs hydroponiques, l’eau est acheminée vers unités de phytoépuration reproduisant des zones humides (DRW pour Demonstration Reciprocating Wetlands). Ici, l’eau est traitée dans des cellules de zones humides qui sont remplies et vidées entre 8 et 18 fois par jour (bâchées). Ces cycles remplissage-vidange facilitent la dégradation de la matière organique encore présente dans les eaux usées.
- Clarification et filtration : L’eau traitée biologiquement est ensuite acheminée vers un clarificateur, où les solides en suspension restants se déposent par sédimentation. Elle traverse par la suite un filtre à disque pour éliminer les particules fines.
- Désinfection : Avant sa réutilisation, l’eau doit être désinfectée pour garantir l’absence de pathogènes. Pour cela, le WaterHub utilise un système de désinfection en deux étapes, combinant la lumière ultraviolette (UV) pour briser l’ADN des micro-organismes et l’ajout d’un agent oxydant, comme le chlore, pour une désinfection complémentaire.
- Stockage et réutilisation : Une fois traitée et désinfectée, l’eau est stockée dans un réservoir souterrain d’une capacité d’environ 189 mètres cubes. Elle est ensuite distribuée à travers un réseau de tuyauterie spécifique, appelé « purple pipe », pour des usages non potables tels que le refroidissement des bâtiments, le chauffage, et l’alimentation des toilettes, contribuant ainsi à réduire significativement la consommation d’eau potable sur le campus.
Les plantes en symbiose avec les microorganismes pour épurer les eaux
Dans le processus de traitement du WaterHub, les plantes jouent un rôle crucial, en offrant une large surface pour les micro-organismes qui dégradent les matières polluantes. Leurs racines denses fournissent l’habitat nécessaire au développement de diverses bactéries, protozoaires, métazoaires et microcrustacés, comptant entre 2000 et 3000 espèces différentes. Ces plantes robustes et nécessitant peu d’entretien, capables de développer de longs et denses systèmes racinaires adaptés à l’environnement des eaux usées, sont une composante essentielle de la conception du WaterHub.
À l’intérieur de la serre (site supérieur), des plantes robustes et nécessitant peu d’entretien comme l’Angel Trumpet, le Rosemallow écarlate, la Canne d’eau et l’oreille d’éléphant créent un environnement à la purification de l’eau. Cette symbiose entre la faune microbienne, l’eau et le végétal s’applique également aux zones de traitement extérieures (zones humides), où l’on trouve d’autres espèces telles que la Pétunie mexicaine et le Jonc commun, qui contribuent à la fois à l’aspect esthétique du site et à l’efficacité du traitement.
Bien que ces plantes contribuent à l’élimination des nutriments de base que sont le phosphore (P) et l’azote (N), cette action est considérée comme secondaire par rapport à leur fonction principale de support pour la microfaune.
Impacts et bénéfices de la réutilisation de l'eau dans un campus universitaire
La mise en œuvre du WaterHub à l’Université Emory s’inscrit dans une démarche de durabilité et d’exemplarité, en réduisant l’utilisation de l’eau potable et en diminuant la dépendance des infrastructures universitaires aux ressources en eau communautaires. Cette initiative participe à la protection des milieux aquatiques et à la réduction de l’empreinte hydrique de l’université, alignant ses pratiques avec une stratégie de conservation de l’eau essentielle dans le contexte du changement climatique.
La réalisation de ce projet a été rendue possible grâce à un accord public-privé d’achat d’eau entre l’Université Emory et Sustainable Water (fournisseur de technologie de traitement), qui a permis de proposer une source d’eau à moindre coût, stable sur le long terme.
Le WaterHub permet ainsi de réaliser des économies significatives sur la facture d’eau de l’université sur une période de vingt ans. En réduisant la demande globale en eau dans l’un des bassins versants les plus en stress des États-Unis, le WaterHub contribue à l’ambition de l’université de promouvoir un campus durable.
Innovation et Éducation
Le WaterHub de l’Université Emory n’est pas seulement une infrastructure qui témoigne de l’engagement de l’établissement envers le développement durable, c’est aussi et surtout un espace pédagogique dynamique qui enrichit l’expérience éducative sur le campus. Les étudiants et chercheurs profitent de cette installation de pointe comme d’un laboratoire à ciel ouvert pour étudier de près les systèmes de gestion de l’eau, les méthodes durables et les stratégies d’adaptation aux changements climatiques.
Dans ce cadre vivant, les étudiants en environnement, droit, éthique, santé et autres disciplines connexes mènent des recherches et reçoivent un enseignement qui élargit leur compréhension des enjeux liés à la réutilisation de l’eau. Le Center for Global Safe Water (CGSW) de l’École de Santé Publique Rollins à Emory a déjà mené des recherches appliquées, des formations et des évaluations en matière d’eau, d’assainissement, d’hygiène et des répercussions sur la santé. Cela a permis aux étudiants d’acquérir une expérience pratique et concrète en matière de prélèvement et de méthodes d’analyse.
À l’avenir, les chercheurs du CGSW utiliseront le WaterHub comme une ressource d’apprentissage sur le terrain, surveillant l’élimination des microbes et des pathogènes entériques en testant l’eau entrante et sortante pour la présence de coliformes fécaux, d’E. coli, de coliphages et de pathogènes entériques sélectionnés tels que le norovirus, l’adénovirus et l’entérovirus. Les données recueillies fourniront des indications précieuses sur l’efficacité du traitement et la qualité microbiologique de l’eau recyclée, contribuant ainsi à évaluer les risques pour la santé humaine associés à l’utilisation des eaux recyclées et à déterminer si des installations similaires peuvent être efficacement mises en œuvre dans les pays en développement.
Avec l’appui de la gestion des installations d’Emory, les professeurs sont encouragés à intégrer le WaterHub dans leurs programmes d’enseignement. Ce centre offre une multitude d’opportunités pour les domaines des sciences environnementales, de la chimie, de la biologie et plus encore. Les étudiants suivant une spécialisation en environnement bénéficient d’un cadre unique pour leurs projets de fin d’études, combinant travail en salle de classe et apprentissage par l’expérience, à travers la recherche, les stages ou les activités liées à la durabilité.
De plus, les étudiants peuvent affiner leurs compétences en communication en devenant des guides formés pour les visiteurs du WaterHub, ce qui enrichit encore leur formation et leur expérience universitaire.
Transformez votre gestion de l'eau
Conclusion
En somme, le WaterHub de l’Université Emory est un exemple éloquent de l’efficacité avec laquelle les systèmes de réutilisation de l’eau peuvent être intégrés dans les infrastructures universitaires.
L’association stratégique de la flore et de la microfaune au sein de cet écosystème artificiel révèle comment l’innovation technologique peut s’harmoniser avec la préservation de l’environnement. En outre, le WaterHub n’est pas seulement une réussite en termes de gestion de l’eau, mais il incarne également un changement dans la culture de la durabilité, apportant des bénéfices tangibles tant au niveau écologique qu’économique.
Si vous êtes inspirés par la démarche d’Emory et envisagez d’intégrer des technologies de réutilisation de l’eau dans vos projets, nos services de conseil et d’expertise sont à votre disposition pour concrétiser votre vision.
Nous vous accompagnons dans la conception et le dimensionnement de systèmes de réutilisation de l’eau adaptés à vos besoins spécifiques, garantissant une performance optimale et une intégration réussie dans votre contexte opérationnel.
Questions fréquentes
Quels sont les avantages de réutiliser l'eau dans les bâtiments ?
La réutilisation de l'eau dans les bâtiments offre plusieurs avantages significatifs. Premièrement, elle permet une réduction considérable de la consommation d'eau potable, contribuant ainsi à la préservation des ressources en eau douce. Deuxièmement, en limitant le prélèvement d'eau potable, les bâtiments réduisent leur empreinte écologique et leur impact sur les écosystèmes locaux. Troisièmement, l'utilisation de systèmes de réutilisation de l'eau peut entraîner d'importantes économies financières sur le long terme, en diminuant les coûts associés à l'approvisionnement en eau et au traitement des eaux usées. Enfin, ces systèmes soulignent l'engagement d'une organisation envers le développement durable, valorisant son image auprès des utilisateurs, des clients et de la communauté en général.
Comment les systèmes de réutilisation de l'eau contribuent-ils à la durabilité d'un campus universitaire ?
Les systèmes de réutilisation de l'eau jouent un rôle crucial dans la promotion de la durabilité sur les campus universitaires. En premier lieu, ils aident à gérer de manière plus efficace la ressource en eau, essentielle mais limitée, en la recyclant pour des usages non potables tels que l'irrigation, le refroidissement ou les sanitaires. Cette approche réduit la pression sur les ressources en eau locales et contribue à la gestion durable de l'eau au sein de la communauté.
De plus, en intégrant ces technologies, les universités peuvent offrir des opportunités pédagogiques uniques, en permettant aux étudiants d'étudier des solutions concrètes de gestion de l'eau et de participer à des projets de recherche innovants. Cela renforce la conscience écologique des étudiants et prépare la future génération de leaders à adresser les défis environnementaux avec des solutions pratiques et durables.
Combien de temps prend le processus de traitement de l'eau ?
Le processus de traitement de l'eau au sein du WaterHub prend environ 18 heures, ce qui représente le temps de rétention hydraulique nécessaire pour purifier l'eau. Néanmoins, la durée totale du traitement peut varier en fonction de plusieurs facteurs, tels que la qualité de l'eau entrante, les exigences de qualité pour l'eau traitée, et les technologies spécifiques mises en œuvre.
Cette durée permet d'assurer que l'eau passe par toutes les étapes nécessaires du traitement – de la filtration initiale et du traitement biologique à la désinfection finale – pour répondre aux normes de qualité et garantir sa sécurité pour les usages prévus. Ce temps de traitement optimisé contribue à l'efficacité globale du système, tout en assurant une réutilisation sûre et durable de l'eau.
