Réutiliser les eaux usées traitées pour l’irrigation des cultures.

2022 | Dossier

Résumé

Dans le contexte du changement climatique, l’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation des cultures apparaît comme une solution alternative pour allier préservation des ressources en eau et pérennisation de l’agriculture. Très pratiquée dans certains pays d’Europe et du monde mais peu en France, son développement constitue un des objectifs des Assises de l’eau (2018-2019).

Même si cette solution présente de nombreux bénéfices, des questions se posent quant à sa durabilité et à son adaptabilité à tous les contextes.

Contexte

L’impact du changement climatique se fait ressentir sur les systèmes agricoles français. L’augmentation des températures et la baisse des précipitations en période estivale favorisent l’évapotranspiration et donc la sècheresse du sol qui se traduit, sur les cultures, par une baisse du rendement et de la qualité des produits. Dans un contexte d’adaptation aux effets du changement climatique, la (ré)utilisation* des Eaux Usées Traitées (REUT) se place comme une solution alternative qui permettrait, dans certaines conditions, d’allier pérennisation de l’agriculture et préservation des ressources en eau.

Déjà très pratiquée aux Etats-Unis, en Israël, et même en Italie et en Espagne où respectivement 8% et 14% des eaux usées traitées sont utilisées, la REUT est peu développée en France. Pour un gisement annuel disponible de 8,4 milliards de m3 (BD-ERU, 2015), seulement 9 à 10 millions de m3 sont utilisés chaque année dans l’hexagone. En considérant un taux moyen de 20% de volume d’eau réutilisée chaque année à l’échelle de chaque Station de Traitement des Eaux Usées (STEU), le volume d’eaux usées traitées potentiellement exploitable peut être estimé à 1,6 milliards de m3/an (Cerema, Fiche n°10, Juin 2020). Plusieurs raisons peuvent expliquer ce faible développement : le coût, l’acceptabilité sociale et la réglementation française qui se veut protectrice.

Figure 1: REUT dans le monde. ( RÉUT Luberon)

Dans un enjeu d’adaptation aux effets du changement climatique, le gouvernement a décidé, lors des Assises de l’eau (2018-2019), de favoriser la valorisation des eaux non conventionnelles (eaux usées traitées et eaux de pluie) et notamment d’en tripler le volume utilisé d’ici 2025.

  • L’utilisation des eaux usées traitées présente de nombreux avantages pour l’agriculture :
    • Dans les zones de déséquilibre entre ressources et usages, elle se place comme une solution alternative pour palier un problème temporaire d’accès à l’eau d’irrigation;
    • Ces volumes d’eau ne sont pas soumis aux arrêtés préfectoraux de restriction des usages de l’eau, même si un volume de soutien d’étiage est souvent imposé et qu’un des enjeux reste le stockage, notamment en zone rurale et non touristique, puisque les volumes en sortie de STEP sont limités l’été.
    • Si aucun traitement de dénitrification et déphosphorisation n’est réalisé par la STEP, leurs teneurs en éléments fertilisants organiques est non négligeables. Un rapport de la FAO en 2010 a montré que si la totalité des eaux dites « noires » était valorisée, cela représenterait une économie de 30% en engrais azotés et de 15% en engrais phosphorés.

Toutefois, même si la REUT apparaît comme une solution bénéfique pour le maintien des filières agricoles, des études atour de l’analyse de son cycle vie ou encore l’effet rebond qu’elle peut engendrer, remettent en question sa durabilité et son adaptabilité à certains contextes.

Une règlementation assez stricte

Le cadre règlementaire pour utiliser des eaux usées traitées comme ressource pour l’irrigation des cultures est assez strict et est soumis à l’arrêté du 2 Août 2010 révisé en 2016 relatif à l’utilisation d’eaux issues du traitement d’épuration des eaux résiduaires urbaines pour l’irrigation des cultures et des espaces verts (disponible ici).

  • Cet arrêté fixe notamment les prescriptions sanitaires et techniques applicables pour garantir la protection de la santé publique et animale, préserver l’environnement ainsi que la sécurité sanitaire des productions agricoles :
    • Contraintes d’usage, de distance et de terrain suivant le niveau de qualité des eaux traitées
    • Contraintes de conception du réseau afin de ne pas dégrader la qualité de l’eau, éviter les accidents et permettre une purge facilement
    • Contraintes liées à l’irrigation par aspersion (distance, vitesse du vent, …), …

     

  • Ainsi, tout projet de réutilisation des eaux usées traitées doit se conformer à cette réglementation, déposer un dossier de demande d’autorisation en préfecture et disposer d’un programme d’irrigation et d’un programme de surveillance de la qualité des eaux usées traitées et des sols.Les deux tableaux ci-dessus présentent les différents niveaux de qualité sanitaire des eaux usées traitées (tableau 1) et quelques exemples de contraintes d’usages (tableau 2) :

Tableau 1 : Quatre niveaux de qualité sanitaires des eaux usées traitées (A, B, C et D).

* Selon l’arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d’assainissement collectif et aux installations d’assainissement non collectif … 

Tableau 2 : Exemples de niveau de qualité des eaux usées traitées autorisé selon la culture.

*Uniquement par irrigation localisée (goutte-à-goutte et micro-aspersion)

Le règlement (UE) 2020/41 du parlement européen et du conseil du 25 Mai 2020 relatif aux exigences minimales applicables à la réutilisation de l’eau, entrera en vigueur le 26 juin 2023 et va venir modifier la règlementation française applicable aujourd’hui.

 

L’objectif de cette règlementation est de mettre en place de règles communes au niveau européen pour faciliter l’utilisation d’eaux usées traitées pour l’irrigation agricole. Elle fixe notamment quatre seuils de qualité d’EUT en fonction de quatre types d’usages agricoles sans que ceux-ci soient associés à des contraintes d’utilisation (distance, vitesse du vent, type de sol, …). Seule la qualité C devra automatiquement être distribuée par un dispositif évitant le contact direct avec la partie comestible de la culture (tableau 3).

 

L’accord de tout projet sera conditionné à l’obtention d’un permis fondé sur le plan de gestion des risques que le porteur de projet devra rédiger avec l’ensemble des participants du projet. Ce plan de gestion des risques énoncera les exigences minimales fixées par la règlementation européenne, les exigences supplémentaires pouvant être fixées par la règlementation française et les mesures préventives spécifiques pouvant se révéler utiles pour limiter les risques. L’usager final de l’EUT devra alors assumer seul les risques de cette utilisation. Il ne sera alors plus question de partage de risques.

Tableau 3 : Classes de qualité de l’eau de récupération et usage et méthode d’irrigation agricoles autorisés

Un processus complexe

Elaborer une filière de réutilisation des eaux usées traitées, de la production de ces eaux jusqu’à leur devenir final dans la nature, est un processus complexe qui demande un investissement sur le long terme pour garantir un projet durable avec des risques maîtrisés. Selon le cas, il peut se passer entre 3 et 15 ans entre l’émergence du projet et sa mise en œuvre (Cerema, collection « connaissances », 2020).

  • Sa complexité s’explique par son coût, sa technicité, sa règlementation mais aussi l’implication de plusieurs acteurs :
    • Le producteur des eaux usées traitées (collectivités, société locale d’eau et d’assainissement)
    • Le bénéficiaire, dans ce cas les agriculteurs ou le groupement de producteurs. Suivant le volume d’eau disponible, il peut s’avérer nécessaire de créer un organisme de gestion de l’eau d’irrigation ou de confier cette gestion à un organisme déjà existant, notamment les ASA ou ASL.
    • Selon le cas, un prestataire qui aura la charge du traitement tertiaire et du stockage des eaux.

Seul le producteur fournit l’eau mais chaque acteur impliqué dans le projet devra assumer sa part des risques liés à la réutilisation de ces eaux usées traitées.

À noter que, le plus souvent, les projets de REUT résultent d’une opportunité. En effet, plusieurs facteurs peuvent révéler l’intérêt de la mise à l’étude d’un tel projet (l’existence d’une lagune, des travaux de remise à niveau, d’agrandissement ou de création d’une STEP, ou encore l’intégration dans un projet de gestion territoriale de l’eau). Chacun des acteurs pourra alors en tirer des bénéfices (réduction des coûts de traitement de l’eau, soutien et essor d’une filière économique sur le territoire, amélioration de la gouvernance de l’eau, ou encore incitation au partage et à une meilleure gestion de l’eau).

L’atteinte des objectifs de qualité sanitaire des eaux imposés par la règlementation lors de l’utilisation des EUT pour irriguer les cultures nécessite la mise en place d’un traitement complémentaire aux traitements primaire et secondaire déjà imposés pour rejeter l’eau en sortie de STEU dans le milieu naturel. Ce traitement tertiaire a pour objectif d’enlever tout risque sanitaire lié à l’exposition à des pathogènes pour l’homme et garder les éléments nutritifs bénéfiques pour les cultures (phosphore et azote).

Plusieurs procédés de désinfection existent dont deux sont plus largement utilisés :

    • Le traitement UV: désinfection grâce à des lampes UV ou par le lagunage (Désinfection naturelle par le rayonnement UV du soleil : plus le temps de séjour est long, plus la désinfection sera importante)
    • La chloration : désinfection par injection de chlore dans les eaux usées

La figure 2 ci-dessous fait un descriptif rapide d’un projet type de réutilisation des eaux usées pour lequel il important de se poser, en amont, les bonnes questions pour être sûr que son projet sera adapté au contexte local.

  • Voici ci-dessous, une liste de questions (non exhaustive):
    • Est-ce qu’il y a une demande, des besoins en eau à proximité de la station d’épuration ?
      A noter que pour certains des projets qui ont vu le jour, la STEP était située à plusieurs kilomètres des parcelles irriguées.
    • Est-ce qu’il y a un réseau d’eau agricole conventionnelle à proximité ?
    • Quelle qualité d’eaux usées traitées est requise pour satisfaire ce besoin ?
      La règlementation française impose une qualité en fonction du type de culture mais ceci sera amené à changer dans les prochaines années du fait de l’adoption d’un nouveau règlement européen (encadré rouge ci-dessus).
    • Quel système de traitement mettre en place pour répondre aux objectifs de qualité de l’eau imposés par la règlementation ?
      Un traitement naturel est-il possible ? Des lagunes sont-elles à disposition ou bien des terrains pour en implanter ? Ou encore dois-je mettre en place un procédé industriel de traitement de l’eau ?

Figure 2: Descriptif d’un projet type et schéma de gouvernance, Q: débit et V: volume.

    • Quel est le débit en sortie de STEP et donc le volume d’eau disponible pour l’irrigation ? Est-il régulier ? Saisonnalisé ?
    • Combien d’hectares pourront être irrigués grâce à ce volume d’eau ?
    • Quel sera l’impact du projet sur le milieu naturel et comment le minimiser ?
    • Quelle autorisation dois-je obtenir ?
      Les projets de réutilisation des eaux usées traitées doivent faire l’objet d’une demande d’autorisation auprès de la préfecture.
  • A cela s’ajoute la prise en compte des conditions économiques (coût d’investissement, de fonctionnement et de maintenance), des conditions techniques (système de traitement tertiaire et de stockage, réseau d’irrigation) et des conditions de surveillance de qualité des eaux usées traitées et des sols.

Un projet de réutilisation des eaux usées traitées est soumis à autorisation. Un dossier de demande d’autorisation est à déposer en préfecture et donnera lieu à un arrêté préfectoral.

  • Voici quelques éléments de contenu du dossier :
    • Lettre de demande du pétitionnaire.
    • Note de synthèse technique et non technique justifiant la demande et décrivant les conditions actuelles d’irrigation et le milieu récepteur.
    • Informations sur la station de traitement des eau usées (nom, localisation, caractéristiques des eaux brutes, des équipements et des procédés de traitement, résultats des suivis qualité, …)
    • Un descriptif détaillé du projet de réutilisation (cartographie, météo du secteur, filière de traitement complémentaire et stockage, identification des parcelles irriguées, nature et devenir des cultures irriguées, programme d’irrigation et de surveillance, …)
    • Caractéristiques du réseau d’irrigation (matériel d’irrigation, dimensionnement, …)
    • Descriptif de l’état initial du milieu récepteur et de l’aptitude du sol à l’irrigation
    • Analyses des risques et impacts environnementaux
    • Projet de convention entre les différents acteurs impliqués dans le projet

Une solution adaptée à tous les contextes ?

Le succès d’un projet de réutilisation des eaux usées traitées repose sur l’utilisation de cette solution pour répondre à des enjeux de territoire tel que la réduction de la vulnérabilité aux aléas météorologiques (déficit hydrique, sècheresse, …), la protection qualitative des masses d’eau et des milieux aquatiques, ou encore la gestion quantitative des ressources en eau dans un contexte de pression croissante des prélèvements.
Toutefois, pour ce dernier point et selon les recommandations du Cerema « La REUT comme solution d’adaptation au changement climatique nécessite de veiller à ne pas soustraire le volume d’eau rejeté par la STEU à un milieu subissant déjà des étiages sévères et plus généralement à éviter une mal-adaptation (mesures inefficaces ou augmentant la vulnérabilité). Il est en effet préférable de travailler à identifier les causes des déficits et d’infléchir la demande en eau par des mesures d’économie d’eau, avant de rechercher des solutions telle que la REUT pour pallier des manques chroniques d’eau » (Cerema, collection « connaissances », 2020).

Cette pratique est donc plus adaptée à certains territoires comme les zones littorales (réutilisation de l’eau douce avant son retour à la mer), les zones où les masses d’eau sont peu accessibles ou dispersées, ou encore proche des zones urbaines dans un objectif de soutien à la gestion quantitative de l’eau pour les usages ne nécessitant pas d’eau potable (espaces verts, terrain de sport, …).

Notamment, une étude basée sur l’analyse du cycle de vie (ACV) de différents systèmes de REUT (évaluation globale et multicritère des impacts environnementaux de ces systèmes) a permis de définir différents critères d’efficience environnementale de l’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation des cultures par rapport à l’utilisation de ressources en eau dites « conventionnelles » (Maeseele et Roux, 2021). Au-delà de sa localisation géographique continentale ou littorale, ils ont montré que le ratio entre bénéfices perçus et impacts environnementaux induits de la REUT dépendait également de l’origine des ressources en eau utilisées sur le territoire (ressources en eau conventionnelles, eaux souterraines non renouvelables, désalinisation) et de la qualité des eaux usées traitées en sortie de STEP et, donc, du niveau de traitement tertiaire nécessaire pour obtenir des eaux usées traitées de qualité conforme à la règlementation.
Ainsi, ils ont pu identifier des cas où la REUT pour l’irrigation des cultures est une bonne alternative environnementale et d’autres où elle se place comme une « fausse » bonne idée (Tableau 4). À noter que dans le cas de cette étude, seul le scénario d’une région littorale avec rejet des effluents dans la mer a été considéré.

Tableau 4 : Efficience environnementale de différents scénarios de REUT : Oui = bonne idée, Non = « fausse » bonne idée, ? = études complémentaires nécessaires (Maeseele et Roux, 2021).

* Cette différentiation prend en compte le fait que dans les zones littorales, les rejets des eaux usées traitées se font en mer et donc que dans ce cas, la REUT génère systématiquement une économie de prélèvement sur la ressource en eau.

Figure 4: Clés de la réussite d’un projet de réutilisation des eaux usées traitées (Cerema, collection « connaissances », 2020)

Un tel projet doit se faire de manière prospective en identifiant la typologie de REUT à mettre en place avant de rechercher les meilleurs bénéficiaires, par l’intermédiaire d’une démarche concertée entre les différents acteurs du territoire afin de facilité son acceptabilité sociale et en s’assurant de sa viabilité économique et de sa faisabilité technique. Le projet aura alors une portée plus large (métropole, département, syndicat interdépartemental de gestion des eaux, …) et présentera de multiples bénéfices pour l’ensemble des acteurs impliqués, tout en répondant aux différents enjeux et spécificités environnementales, sociales et économiques du territoire. Ainsi, le porteur de projet mettra toutes les chances de son côté pour que son projet aboutisse et soit pérenne (figure 3).

Cependant, attention à l’effet rebond que la réussite de ces projets pourrait susciter. Comme l’indique Jonathan Schuite dans son article, « l’effet rebond, ou paradoxe de Jevons, est un mécanisme pernicieux par lequel un gain d’efficacité octroyé par le déploiement d’une technologie, ou d’un procédé, est rapidement compensé par une adaptation des comportements, qui pousse in fine, à une utilisation plus accrue des ressources ». 

Cet effet rebond est-il suffisamment anticipé et maîtrisé ? Le développement de cette ressource alternative ne pourrait-elle pas avoir pour conséquences l’apparition de nouveaux usages consommateurs ? Sa mise en avant ne fera-t-elle pas occulter les marges de manœuvres possibles et fondamentales de sobriété hydrique ou, encore, ne fera-t-elle pas oublier que la priorité n’est pas de consommer autrement, mais de consommer moins d’eau ?

De nombreuses études ont montré que l’irrigation à partir d’eau usées traitées favorisait le développement de biofilm sur la paroi interne des tuyaux, et ainsi le colmatage progressif des systèmes de goutte-à-goutte. L’efficacité et la durabilité de ce type de système se voient alors diminuées. Plusieurs facteurs (qualité de l’eau, géométrie des gaines et processus biologique) influencent ce phénomène qui peut constituer un obstacle au développement de la REUT puisque l’irrigation au goutte-à-goutte reste le système le plus efficient et le plus sûr d’un point de vue sanitaire (Laquette et al., 2020).

Toutefois, un entretien régulier du système d’irrigation et notamment des chlorations, peut permettre de limiter ce phénomène de colmatage.

Un coût économique à ne pas minimiser

Le coût d’un projet de réutilisation des eaux usées traitées est important et sera toujours plus élevé que le prélèvement direct de ressources en eau dans le milieu naturel. L’évaluation de son intérêt économique n’est donc pas à négliger et passe notamment par la réalisation d’une analyse coûts-bénéfices afin de définir si celui-ci est viable économiquement mais surtout s’il est pertinent au regard de l’objectif fixé et des autres alternatives existantes pour répondre à ce besoin.

  • Une fois la cohérence du projet avérée, la deuxième étape consiste en la définition du plan économique qui permettra d’apporter les réponses aux question suivantes :
    • Qui va payer ? Est-ce le fournisseur des eaux usées traitées, le futur usager de l’eau, les différents partenaires du projet, … ?
    • Comment va être reparti ce coût entre les différents acteurs du projet ?
    • Quelle va être la structure de la tarification : forfaitaire, volumétrique ou encore mixte ?
    • Est-ce-que le prix de l’eau doit inclure l’amortissement des équipements, leur entretien, le coût d’exploitation, le suivi qualité, … ?

Il est important d’avoir en tête que la réalisation d’un tel projet est conditionnée à l’obtention d’aides financières, à la fois pour les phases d’étude et de conception. Une partie de ce montant peut, suivant les projets, être pris en charge par les agriculteurs à partir du moment où celui-ci reste acceptable.

  • Leur consentement à payer plus cher pour disposer de cette ressource en eau dépendra elle de plusieurs facteurs :
    • Les conditions d’accessibilité à l’eau du territoire et son urgence pour le maintien et la préservation de l’agriculture.
    • Le contexte économique local et notamment le niveau de valorisation du produit fini. L’utilisation de cette solution ne doit pas conduire à un coût de production trop élevé qui aurait une incidence négative sur les marges brutes des exploitations.

Le surcoût conséquent de l’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation des cultures par rapport à une irrigation classique deviendra acceptable si les eaux usées traitées servent pour de multiples usages et peut souvent être minimiser par les bénéfices induits (participation au traitement, rejet dans le milieu naturel d’une eau de meilleure qualité, rationalisation de la gouvernance de l’eau, …).

Une solution durable

La REUT pour l’irrigation des cultures se place, aujourd’hui, comme une des solutions possibles pour répondre aux enjeux de tarissement de la ressource en eau. Toutefois même si ces bénéfices ne sont pas négligeables ; diminution de la pression sur certaines ressources eau, pérennisation de l’agriculture, maintien d’une filière économique dans un territoire ; des interrogations subsistent quant aux risques de surcoûts, de sur-dépendances énergétiques du monde agricole, du potentiel effet-rebond non réellement prix en compte, ou encore des risques sanitaires (résidus de métaux lourds et de produits pharmaceutiques notamment) qui ne sont pas exempt de doutes et qui font aujourd’hui l’objet d’un consensus (cf fiche « Vérifier l’innocuité des eaux usées traitées sur la vigne, le vin et l’environnement »).
Ainsi, la question se pose de la durabilité de cette solution.

Chaque projet doit donc être traité au cas par cas, afin d’en évaluer son efficience et notamment faire le ratio entre les bénéficies induits et impacts perçus que ce soit au niveau environnemental, économique ou encore social.

Regards de chercheurs

« Un projet de REUT est un projet multi-acteurs, qui doit être pensé à l’échelle du territoire. Une analyse des coûts/bénéfices doit être faite afin de vérifier sa viabilité économique mais aussi sa cohérence par rapport au type de cultures concernées et à la valorisation qui en sera faite.  L’aspect technique ne doit également pas être négligé. Notamment, le système de traitement doit être adapté aux usages et le système de nettoyage doit permettre de prévenir les problèmes de colmatage.
La REUT est une des solutions possibles d’adaptation aux effets du Changement climatique, notamment pour les régions qui n’ont pas d’accès à l’eau pour l’irrigation. Toutefois, attention à veiller que cette dernière soit adaptée au territoire et aux usages ».

Nassim Ait Mouheb
Chargé de recherche en mécanique des fluides et génie des procédés liés REUT pour l’irrigation à l'INRAe et coordinateur de la plateforme expérimentale de REUT pour l’irrigation de Murviel-Lès-Montpellier.

« Avant de se lancer dans un projet d’utilisation des eaux usées traitées, il faut bien distinguer opportunité et faisabilité. Avoir l’opportunité d’utiliser des eaux usées traitées pour un quelconque usage ne présage pas de la pertinence de ce moyen pour répondre à ce besoin. En effet, la REUT n’est souvent qu’une des solutions possibles et il est très important de l’objectiver en fonction du volume disponible face aux besoins identifiés, et de ses intérêts économiques et environnementaux directs et induits. Un processus de construction d’un projet de REUT est complexe et demande de la sobriété et de la pédagogie. L’acceptabilité sociale n’est pas forcément acquise facilement. La volonté politique seule ne suffit pas ».

Catherine Frank-Néel
Chargée de mission Eau et Sols au Cerema et rédactrice des documents cités en annexe.

En complément, retrouvez le retour d’expérience de Roquefort des Corbières.

Contact

Catherine Frank-Néel

Chargée de mission Eau et Sols

catherine.neel@cerema.fr

Nassim Ait Mouheb
Chargé de recherche en mécanique des fluides et génie des procédés liés à la REUT pour l’irrigation
nassim.ait-mouheb@inrae.fr

Liens

Cerema, 2020, Réutilisation des eaux usées traitées, Le panorama français, Collection « connaissances ».

 

Cerema, 2020, Fiche n°10, Réutilisation des eaux usées traitées, Le panorama français, Collection « connaissances ».

 

FAO, 2010, The wealth of waste: the economics of wastewater use in agriculture, Food Agricultural Organization.

 

MAESEELE C., ROUX P., 2021. An LCA framework to assess environmental efficiency of water reuse : Application to contrasted locations for wastewater reuse in agriculture. Journal of Cleaner Production, 316:128151. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128151

Dernière modification le 07/09/2022

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