Comment produire de l`énergie à partir de l`eau

Comment produire de l’énergie à partir de l’eau potable et
des eaux usées ?
Un article de Marthe Soncourt, ADEC, France
Le cycle urbain de l’eau consomme de l’énergie pour la production d’eau potable et le traitement
des eaux usées. Or, ce cycle peut également produire de l’énergie par divers moyens :
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en utilisant la vitesse de l’eau circulant dans le réseau d’eau potable pour alimenter
une turbine et produire de l’électricité,
en utilisant les eaux résiduaires dans les pompes à chaleur,
en utilisant les boues d’épuration (déchets subsistant après le traitement des eaux
usées) dans un digesteur anaérobie (ou méthaniseur) pour produire du biogaz.
Pour comprendre d’où provient cette énergie, voici une brève présentation du cycle urbain de l’eau.
Le cycle urbain de l’eau
Avant d’arriver au robinet, l’eau est prélevée dans une source, une nappe phréatique ou un cours
d’eau. Si la ville ne se situe pas en contrebas de la source, de la nappe phréatique ou de la rivière,
l’eau est pompée avant d’être purifiée (si nécessaire) dans une station de production d’eau potable.
Elle est ensuite stockée dans un réservoir (par exemple un château d’eau) puis distribuée dans la
ville grâce à la force de gravité.
Après utilisation, les eaux usées sont collectées dans le système d’égouts et transportées jusqu’à la
station d’épuration, où les polluants sont extraits de l’eau potable. Après cela, celle-ci est rejetée
dans une rivière.
Source, rivière ou nappe phréatique ->Station de production d’eau potable -> Réservoir -> Eau potable (réseau
d’eau potable) -> Consommateur -> Eaux usées (système de collecte des eaux usées) -> Station d’épuration ->
Boues d’épuration -> Vers la rivière
La production d’énergie peut intervenir à divers endroits :
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dans le réseau d’eau potable : si la pression est trop élevée, on peut installer une
turbine qui réduira la pression tout en produisant de l’électricité ;
dans le système d’égouts : les eaux résiduaires étant produites dans des bâtiments,
elles sont donc plus chaudes que l’eau du robinet et peuvent servir de source de
chaleur dans une pompe à chaleur ;
dans les stations d’épuration : les boues d’épuration qui résultent du processus de
traitement des eaux usées sont des matières organiques susceptibles d’être utilisées
comme substrat pour la digestion anaérobie (ou biométhanisation).
Installation d’une turbine dans le réseau d’eau potable
Importance de la pression dans les réseaux d’eau potable
On maintient systématiquement une pression d’au moins 2 bars dans les réseaux d’eau potable.
C’est comme s’il y avait toujours une colonne d’eau de 20 m de haut au-dessus de votre robinet.
C’est ce qui permet à l’eau de couler du robinet, même si vous habitez au 6 ème étage.
Dans certaines villes de montagne, il peut y avoir une différence d’altitude considérable entre les
maisons situées sur les hauteurs et celles en contrebas. Cela pose des problèmes de pression :
celle-ci devant être d’au minimum 2 bars pour les bâtiments les plus en altitude, cela implique une
pression plus forte pour ceux situés plus bas. Pour un dénivelé de 100 mètres, la différence de
pression s’élève à 10 bars !
En conséquence, la pression en contrebas serait de 12 bars ce qui est nettement trop élevé pour
les robinets, lave-vaisselle, lave-linge et autres appareils.
C’est pourquoi on installe un dispositif destiné à réduire la pression dans la partie inférieure du
système d’approvisionnement en eau potable.
Turbines
Les turbines tournent sous l’effet de la pression et du débit de l’eau. Elles extraient l’énergie
contenue dans celle-ci. La vitesse étant la même avant et après la turbine, l’énergie est donc
prélevée sur la pression. Ainsi, les turbines réduisent la pression de l’eau ! On peut donc utiliser une
turbine pour baisser la pression dans le réseau d’eau d’une ville de montagne.
Attention !
Plus le débit est élevé, plus la turbine tournera vite et plus la pression baissera. Il faut garder à
l’esprit que la pression ne doit pas descendre en-dessous de 2 bars. Or, ce risque existe au pic de
la demande. Pour installer une turbine, il faut donc s’assurer qu’il y ait toujours une différence de
pression réelle entre deux parties du réseau.
Utilisation des eaux usées pour alimenter les pompes à chaleur
Du fait de leur utilisation dans les maisons d’habitation et autres bâtiments, les eaux usées ont une
température supérieure de quelques degrés à celle de l’eau potable : entre 13 et 20 °C, selon la
région, la saison et l’activité. Cela suffit pour en exploiter l’énergie dans des pompes à chaleur, en
vue de chauffer des bâtiment tels que piscines, commerces, écoles, etc.
Attention !
Les eaux résiduaires sont filtrées et purifiées dans les stations d’épuration, qui utilisent
principalement des procédés biologiques. L’eau doit y avoir une température minimale pour que les
microorganismes utilisés aux fins d’épuration soient efficaces. En d’autres termes, une température
inférieure à ce seuil réduirait l’efficacité des traitements biologiques de la station. La preuve en est
qu’en hiver, les stations d’épuration sont moins efficaces qu’en été.
C’est pourquoi on ne peut pas extraire toute la chaleur contenue dans les eaux usées. Ainsi, le
magasin IKEA de Berlin qui exploite la chaleur de ses eaux résiduaires, n’a pas été autorisé à
abaisser la température de celles-ci de plus de 2 degrés.
Utilisation de boues d’épuration comme substrat pour la
méthanisation (ou digestion anaérobie)
Dans les usines de traitement biologique des eaux usées, la pollution est essentiellement traitée à
l’aide de microorganismes : ceux-ci « mangent » les polluants qu’ils utilisent comme aliments et
source d’énergie. Grâce à l’oxygène introduit en grande quantité dans le réservoir d’aération, ces
organismes peuvent croître et se multiplier. Les microorganismes excédentaires sont ensuite
collectés par sédimentation dans un décanteur et forment ce que l’on appelle la « boue
d’épuration ». Il s’agit du principal déchet d’une station d’épuration. La boue collectée au fond des
bassins de décantation peut être utilisée comme substrat pour la méthanisation.