Production d’eau potable par osmose inverse basse pression

L’eau douce est essentielle pour la vie, les écosystèmes et l’industrie mais l’intensification des activités humaines, agricoles et industrielles entraîne une forte demande couplée à une diminution de la qualité des eaux naturelles. Dans le cadre de la production d’eau potable à partir d’eau douce naturelle, certains polluants ne sont pas totalement arrêtés par les filières conventionnelles et peuvent menacer la santé publique, comme les virus et les microplastiques. Les procédés membranaires sont réputés pour leur capacité à réduire les volumes d’effluents tout en produisant un perméat de très bonne qualité. Les limites de l’ultrafiltration, utilisée pour la potabilisation de l’eau douce, face à l’émergence, l’omniprésence ou la persistance de contaminants ont dirigé l’attention vers l’osmose inverse basse pression (OIBP), reconnue pour son potentiel plus élevé de rétention. Ce travail de thèse vise à démontrer (I) le potentiel de l’OIBP pour produire une eau potable de haute qualité à partir d’eau douce, tout en abordant les défis liés à la rétention des virus puis des microplastiques, ainsi que (II) la durabilité des membranes. Enfin, la stabilité de la qualité de l’eau dans les réseaux de distribution sera étudiée afin de couvrir la chaine d’approvisionnement. Bien que la littérature indique des abattements viraux élevés pour l’OIBP, ces résultats ne reflètent pas toujours la réalité, car ils sont basés sur des virus modèles individuels à des concentrations bien supérieures à celles trouvées dans les eaux douces naturelles, afin de favoriser leur détection dans le perméat. Lors de cette étude, des méthodes de concentration ont été développées pour analyser les grands volumes de perméat à faible concentration virale, permettant d’abaisser la limite de quantification et d’évaluer les performances du procédé d’OIBP. Ce dernier a été étudié à deux échelles (laboratoire et semi-industrielle) vis-à-vis de la rétention de deux virus entériques pathogènes et d’un virus modèle, respectivement un adénovirus (AdV 41), un entérovirus (CV-B5) et le bactériophage MS2, à des concentrations représentatives de celles rencontrées dans l’environnement. Les méthodes de concentrations se sont révélées efficaces pour traiter les perméats de chaque échelle pilote d’OIBP. Le procédé d’OIBP permet une élimination significative des virus (6 log en moyenne) à différentes échelles, bien qu’une rétention totale ne soit pas atteinte. L’analyse approfondie des modules spiralés d’OIBP usagés a suggéré que les défauts de rétention virale puissent provenir des joints toriques du module et possiblement de ses lignes de colle mais pas de la membrane si elle est intègre. En effet, divers défauts ont été observés (membrane pliée ou abrasée, présence de rustine) lors de l’autopsie des modules d’OIBP ayant un impact significatif sur les performances. L’analyse du vieillissement des modules spiralés a mis en évidence une diminution des performances membranaires en termes de perméabilité et de taux de rétention en sels monovalents (NaCl) et divalents (CaSO4). En revanche, le taux de rétention en microplastiques (testé sur des billes de polyméthacrylate de méthyle) est resté total avec des abattements supérieurs à 7 log. Enfin, l’eau produite par OIBP et injectée dans un réseau de distribution simulé montre un potentiel de croissance bactérienne réduit, avec une concentration plus faible de cellules actives mesurée par cytométrie de flux et un carbone organique total diminué, par rapport à une eau produite par une filière classique ou par ultrafiltration