Du robinet aux égouts et vice-versa
© Illustration par Denis Kormann/EPFL
Du tout-à-l’égout aux stations d’épuration, la dépollution et la réutilisation des eaux usées sont aujourd’hui des enjeux capitaux de salubrité et de préservation de notre ressource.
L’eau que l’on boit a déjà été bue par d’autres personnes, d’autres animaux, absorbée par d’autres plantes. Des fougères, des dinosaures, Cléopâtre ou quelqu’un de plus proche de nous dans le temps et dans l’espace. C’est une question de molécules et de circularité de l’eau. En permanence, l’eau oscille entre ses états (gazeux, liquide, solide) et, au gré des vents, des températures, des dénivelés, se balade en pluie, rivières, nappes phréatiques, océans, glaciers… Mais, depuis la nuit des temps, ce sont toujours les mêmes molécules, certes très très nombreuses, qu’on les boive, qu’on nettoie, se baigne ou élimine nos déchets avec.
En Suisse, l’eau est reconnue comme une denrée alimentaire depuis 1990. Elle est donc soumise aux mêmes exigences que les produits destinés à la consommation. Par chance, elle est d’excellente qualité et ne nécessite pas beaucoup de traitements pour être rendue potable. «La plupart de l’eau vient des nappes phréatiques, elle a été filtrée au fil des semaines ou des mois et cette eau est propre. Donc nous la consommons simplement telle quelle, explique Tamar Kohn, professeure au Laboratoire de virologie environnementale de l’EPFL. En revanche, celle qui vient de la surface nécessite un peu plus de traitements pour s’assurer qu’elle ne contient pas de pathogènes.» La désinfection se fait principalement à base de chlore, d’ozone ou de rayons ultraviolets.
On ne surveille que les bactéries, pas les virus
Malgré tout, de temps en temps, il y arrive une contamination. Souvent elle passe inaperçue. «En Suisse, on ne surveille que les bactéries, pas les virus. Plus petits, plus lents à se développer, ils sont très difficiles à traquer, précise Tamar Kohn. Certains virus sont très communs et peuvent affecter des personnes à l’immunité réduite ou les nouveau-nés, c’est pour cela que l’on conseille pour eux de bouillir l’eau.»
«Il faut trouver l’équilibre entre l’élimination des pathogènes et le maintien d’une eau particulièrement pure», poursuit la chimiste. Car le traitement de l’eau, en particulier à base de chlore ou d’ozone, ajoute des produits chimiques à nos gorgées. Son laboratoire s’est par exemple intéressé à l’adénovirus, un microbe qui peut affecter les voies gastro-intestinales et respiratoires. «Avec son ADN proche du nôtre, même si on le tue, il peut se répliquer en utilisant le mécanisme de nos cellules pour réparer l’ADN. En outre, il possède une kyrielle de variants qui sont, de manière imprévisible, plus ou moins résistants. Le but est en fin de compte de trouver des moyens de s’en débarrasser sans avoir recours à des désinfections chimiques dans les environnements aquatiques.»
Avant les stations d’épuration
«Pour garantir l’hygiène, l’important est toujours de bien séparer les déchets et les eaux usées de l’eau potable», ajoute encore la chercheuse. Cela n’a de loin pas toujours été le cas. Au milieu du XIXe siècle, en Europe, l’eau ne coulait pas du robinet et les bâtiments étaient pourvus de fosses d’aisance. Les premiers égouts servaient à drainer les eaux pluviales. Les progrès dans l’approvisionnement en eau s’accompagnent d’une amélioration des techniques d’évacuation. Mais il faudra quelques épidémies de choléra pour que les grandes villes canalisent leurs eaux usées et les évacuent de façon contrôlée. Londres sera pionnière au milieu du siècle, Zurich s’y mettra après avoir été secouée par le bacille en 1867.
Sauf que, rejetées sans traitement dans les cours d’eau ou les lacs, les eaux usées provoquent des pollutions massives et anéantissent la faune tout en favorisant une flore algueuse. Ce n’est que bien après le tournant du siècle, en 1917, que Saint-Gall entreprit de créer la première station de traitement biologique mécanique en Suisse. À la fin des années 1950, moins de 10% de la population helvétique est raccordée à une station d’épuration des eaux usées (STEP) publique. Il faudra encore attendre trois ans pour que la protection des eaux soit inscrite dans la Constitution et quatre pour que la loi d’application entre en vigueur. Dans les années 60, beaucoup de plans d’eau sont encore victimes de l’excès d’engrais phosphatés et les interdictions de baignades sont fréquentes. La situation s’améliore progressivement. La Suisse comptait 67 installations biologiques mécaniques en 1964 et 901 en 1983. La part de la population raccordée à des usines de traitement passa de 30% en 1970 à 90% en 1990 *.
Aujourd’hui, face aux considérations écologiques et aux pressions sur les écosystèmes, ces eaux usées commencent à prendre de la valeur. Plutôt que de les rejeter directement dans l’environnement après traitement, de plus en plus de villes ou de pays les réemploient pour l’irrigation, l’arrosage ou le nettoyage. Les États-Unis, l’Afrique du Sud, l’Australie ou le sud de l’Europe le font depuis longtemps. La Suisse ne possède pas encore de législation en la matière, mais, pionnière, la Ville d’Yverdon s’est dotée d’une technologie européenne pour expérimenter la réutilisation des eaux usées traitées pour arroser ses parcs et nettoyer les rues.
Certains pays doivent aller plus loin et recyclent les eaux usées pour les rendre potables. «C’est un énorme défi, souligne Tamar Kohn, car il y a alors beaucoup de pathogènes dans les eaux usées et ils constituent la plus grande menace.» Les processus sont complexes et diffèrent d’un pays à l’autre, soumis aussi aux législations nationales, afin de retirer non seulement les microbes, mais aussi les substances chimiques nocives ou toxiques, et, avec de moins en moins de succès, les nanoplastiques.
Orpaillage moléculaire
Enfin, les eaux usées constituent un indicateur de nos sociétés. Elles ne mentent pas. Que ce soit pour déceler la présence de substances addictives ou, comme durant la pandémie de Covid, du coronavirus. En 2020, une équipe de l’EPFL menée par Tamar Kohn, en collaboration avec l’Eawag, avait réussi à mesurer sa présence afin de suivre la propagation et l’évolution du SARS-CoV2.
À Sion, Wendy Queen ne cherche pas des virus ou des stupéfiants, mais de l’or et des métaux lourds qui résultent notamment de notre surconsommation d’électronique. Professeure au Laboratoire des matériaux inorganiques fonctionnels de l’EPFL, elle utilise des éponges moléculaires, dont la structure ressemble à de la poudre noire, pour absorber et séparer de petites molécules. Ces structures cristallines sont modulables pour retenir différents types de substances, que ce soit de l’or, du mercure, du plomb ou du chrome hexavalent, une substance toxique parfois contenue dans l’eau. Un moyen non seulement de purifier l’eau, mais aussi de revaloriser des équipements électroniques. Toutefois, si les procédés sont convaincants en laboratoire, le défi est de les déployer à grande échelle.
* Source: Dictionnaire historique de la Suisse
Faire des villes des éponges
Un siècle de bétonnage intensif des agglomérations a laissé de profondes séquelles. Couvrir le sol à tout va, c’est d’abord l’empêcher de remplir l’une de ses fonctions clés en termes d’hydrologie: l’absorption des précipitations. Les spécialistes expliquent le phénomène en couleurs: l’eau «bleue» (les pluies) devient «verte» lorsqu’elle vient alimenter les plans d’eau et les nappes phréatiques. Mais celle qui ruisselle sur des bâtiments, des places et des routes est «grise» – et, en général, elle se retrouve directement dans les rivières.
La prise de conscience des problèmes que cela engendre ne date que de quelques décennies. Les bouleversements climatiques les rendent de plus en plus visibles, notamment sous la forme de crues incontrôlées inondant des villes entières. «À l’époque, il était naturel de récupérer un peu d’eau de pluie pour arroser son jardin, relève Paolo Perona, directeur de la Plateforme des constructions hydrauliques de l’EPFL. L’accès aux réseaux d’eau a fait oublier ce réflexe. Mais, surtout, l’étalement urbain a provoqué l’imperméabilisation de surfaces gigantesques. En cas de forte pluie, les eaux passent directement du bleu au gris, et les déversoirs en aval des cités ne sont pas capables d’absorber de telles quantités, ce qui provoque des inondations.»
Aujourd’hui, cette question anime de nombreux laboratoires de recherche. Côté urbanistique, on prévoit davantage de surfaces non bétonnées: parcs, places, espaces entre les rails des trams, etc. Côté architectural, divers dispositifs de récupération d’eau de pluie, notamment sur les toits, voient le jour. Sur les constructions neuves, ces réserves peuvent, par exemple, alimenter le réseau des chasses d’eau ou servir à l’arrosage, et font office de «tampon» pour ralentir l’écoulement des surplus. Dans le domaine du génie civil ou des matériaux, on crée des revêtements poreux pour les routes. Les spécialistes de la numérisation, enfin, réalisent des modélisations qui montrent quel est le potentiel d’amélioration d’un périmètre donné.
Un labo à ciel ouvert
Le campus lausannois de l’EPFL joue ici un rôle de laboratoire à ciel ouvert, où un projet de «ville-éponge»est en cours depuis plusieurs années. «Au début de ces travaux, le campus retenait 20% des eaux de pluie;les 80% restants ruisselaient sous forme d’eau grise et finissaient dans la Sorge», précise Paolo Perona. En cause, les grandes surfaces non perméables qui ont été construites depuis plus de 50 ans. «Grâce à nos modèles, nous avons pu calculer qu’on pourrait parvenir à 60 à 65% de rétention, donc 35 à 40% d’écoulement seulement», poursuit le professeur. Les leviers d’action comprennent le changement des revêtements de routes et places, l’arborisation, la création de biotopes humides, la récupération d’eau sur les toits. Une partie de ces adaptations sont d’ailleurs en cours, dans le cadre du projet «Campus piéton».
La Ville de Lausanne a déjà mis en place un prototype de «ville-éponge» dans le «Jardin de la circulation», à la Vallée de la Jeunesse. Il s’agit ici de limiter l’écoulement direct des eaux de pluie et de démontrer le potentiel d’une gestion plus durable de l’eau dans l’espace urbain, en utilisant des revêtements perméables et des fosses végétalisées. «Nous espérons convaincre l’Union des villes de Suisse de l’intérêt qu’il y aurait à appliquer ce concept un peu partout», explique Paola Viganò, du Laboratoire d’urbanisme de l’EPFL, qui participe à ces projets.
Ce concept commence tout juste à s’imposer en Europe. Il est toutefois déjà largement appliqué dans plusieurs villes de Chine. En outre, les chercheuses et chercheurs de l’EPFL ont modélisé plusieurs agglomérations africaines (en Mauritanie et au Kenya). Ils ont aussi lancé un projet en partenariat avec la Ville de Paris. L’idée est d’y transposer les résultats obtenus à Lausanne afin de limiter le risque de crues dans la Ville Lumière, particulièrement vulnérable en raison de sa topographie et de son métro. «Nous sommes capables de montrer sur des cartes l’ampleur des inondations, quartier par quartier, qui feraient suite à une situation météorologique donnée dans le bassin versant de la ville», reprend Paolo Perona. Des modélisations qui prêtent à réfléchir – et surtout à agir – dans un contexte où les événements extrêmes sont appelés à se multiplier.Cet article a été publié dans l'édition de juin 2026 du magazine Dimensions, qui met en avant l’excellence de l’EPFL par le biais de dossiers approfondis, d’interviews, de portraits et d’actualités.