Blog

Mar 12, 2023

Au-delà du facteur beurk : les villes se tournent vers le recyclage « extrême » de l'eau

Une zone humide sur le toit du Salesforce Transit Center de San Francisco filtre

Une zone humide sur le toit du Salesforce Transit Center à San Francisco filtre les eaux usées des éviers et des douches pour les réutiliser. Jeremy Graham / Alamy Stock Photo

San Francisco est à l’avant-garde d’un mouvement visant à recycler les eaux usées des bâtiments commerciaux, des maisons et des quartiers et à les utiliser pour les toilettes et l’aménagement paysager. Cette approche décentralisée, disent les partisans, fera baisser la demande à une époque de pénurie croissante d’eau.

Par Jim Robbins • 6 juin 2023

Dans le centre-ville de San Francisco, dans un garage caverneux qui était autrefois un concessionnaire Honda, un appareil blanc et bleu brillant de la taille d’un réfrigérateur commercial est en cours de préparation pour le transport vers un hôtel de Los Angeles.

Là, cette unité, appelée système OneWater, sera installée au sous-sol, où sa collection de tuyaux absorbera une grande partie des eaux grises de l’hôtel - des éviers, des douches et de la lessive. Le système nettoiera l’eau avec une filtration membranaire, de la lumière ultraviolette et du chlore, puis la renverra à l’étage pour être utilisée à nouveau pour des utilisations non potables.

Et encore. Et encore.

« Il n’y a aucune raison de n’utiliser l’eau qu’une seule fois », a déclaré Peter Fiske, directeur exécutif de la National Alliance for Water Innovation, une division du Lawrence Berkeley National Laboratory, à Berkeley. Tout comme les systèmes naturels utilisent et réutilisent l’eau à plusieurs reprises dans un cycle entraîné par le soleil, a-t-il déclaré, « nous avons maintenant des technologies qui nous permettent de traiter et de réutiliser l’eau encore et encore, à l’échelle d’une ville, d’un campus et même d’une maison individuelle ».

Alors que la réutilisation centralisée de l’eau à des fins non potables existe depuis des décennies, une tendance appelée « décentralisation extrême de l’eau et des eaux usées » – également connue sous le nom de « systèmes d’eau distribués » ou de recyclage « sur place » ou « sur site » – apparaît maintenant comme une stratégie de premier plan dans l’effort visant à rendre l’utilisation de l’eau plus durable.

Le concept est d’équiper les nouveaux bâtiments commerciaux et résidentiels ainsi que les quartiers, tels que les quartiers et les universités, avec des usines de recyclage sur place qui rendront l’eau à usage non potable moins chère que l’achat d’eau potable auprès d’une source centralisée. En réduisant la demande d’eau potable, qui est coûteuse à filtrer, traiter et distribuer, les unités aideront à gérer l’eau plus efficacement. De nombreux experts estiment que c’est l’avenir de l’eau. Finalement, on espère que les bâtiments seront complètement autosuffisants, ou « neutres en eau », utilisant la même eau encore et encore, potable et non potable, en boucle fermée.

Abonnez-vous à la newsletter E360 pour recevoir des mises à jour hebdomadaires dans votre boîte de réception. S’enregistrer.

Ce n’est pas seulement une chimère. La preuve de concept se déroule à San Francisco, qui en 2015 a exigé que tous les nouveaux bâtiments de plus de 100 000 pieds carrés aient des systèmes de recyclage sur place. Jusqu’à présent, six systèmes d’eaux noires et 25 systèmes d’eaux grises utilisent cette technologie, et de nombreux autres sont en cours de réalisation. (Les eaux noires proviennent des toilettes, des lave-vaisselle et des éviers de cuisine; les eaux grises proviennent des machines à laver, des douches et des baignoires.) Le siège de la San Francisco Public Utilities Commission dispose d’un système d’eaux noires, appelé Living Machine, qui traite ses eaux usées dans les zones humides artificielles construites dans les trottoirs autour du bâtiment, puis l’utilise pour tirer la chasse d’eau des toilettes et des urinoirs à faible débit. Le processus réduit l’approvisionnement en eau potable importée du bâtiment de 40%.

Le recyclage des eaux grises peut à lui seul permettre d’économiser des quantités substantielles d’eau. Son utilisation pour tirer la chasse d’eau et laver les vêtements réduit la demande d’eau neuve d’environ 40%. L’utilisation d’eau recyclée pour les douches éliminerait 20% de la demande en eau, bien que la sécurité de cette pratique fasse l’objet de recherches et ne soit pas encore autorisée à San Francisco.

Ryan Pulley d’Epic Cleantec tient un gobelet d’eau grise. À droite : Un bécher d’eau grise traitée potable. Ted Wood

Pour démontrer sa technologie, Epic Cleantec, une entreprise de recyclage de l’eau, a même brassé une bière appelée Epic OneWater Brew avec de l’eau grise purifiée provenant d’un immeuble de 40 étages à San Francisco.

Avec la maigre sécheresse et la crise de l’eau sur le Colorado, le Rio Grande et d’autres rivières de l’Ouest, la « décentralisation extrême » fait son chemin vers d’autres endroits de l’Ouest américain, y compris le Colorado, le Texas et l’État de Washington. Et des projets décentralisés sont en cours au Japon, en Inde et en Australie. Les réserves d’eau douce sont soumises à de fortes pressions dans le monde entier, le changement climatique exacerbant les pénuries. Une étude récente a révélé que plus de la moitié des lacs du monde ont perdu des quantités importantes d’eau au cours des 30 dernières années. D’ici 2050, l’ONU estime que 5 milliards de personnes pourraient être soumises à des pénuries d’eau.

« C’est l’avenir de l’eau pour tout le monde », a déclaré Newsha Ajami, directrice de la politique de l’eau urbaine au programme Water in the West de Stanford, à propos des systèmes d’eau décentralisés et du recyclage. « C’est un processus lent, mais en fin de compte, compte tenu de toute la pénurie, beaucoup de communautés vont accepter cela comme un moyen d’avoir un développement économique tout en assurant la sécurité de l’eau. »

Les systèmes de recyclage de San Francisco ne sont pas neutres en eau. Le plus grand bâtiment avec un système sur place est la Salesforce Tower, une tour de bureaux, d’hôtels et de résidences de 61 étages qui a ouvert ses portes en 2018 et qui est le plus haut bâtiment de San Francisco. Construit par la société australienne Aquacell, le système nettoie 30 000 gallons d’eaux usées, d’évier, de douche et d’autres eaux usées chaque jour et les utilise pour l’irrigation et la chasse d’eau des toilettes, économisant environ 7,8 millions de gallons d’eau par an. C’est l’équivalent de l’utilisation annuelle de 16 000 San Franciscains, dit la société. L’eau extérieure est toujours nécessaire pour les utilisations potables. (À New York, le projet de réaménagement de la raffinerie de sucre Domino, actuellement en construction sur le front de mer de Brooklyn, recyclera 400 000 gallons d’eaux noires par jour.)

La San Francisco Public Utilities Commission, le fournisseur d’eau, estime qu’il y a un total de 48 systèmes de réutilisation en service et 29 autres projets prévus dans la ville. D’ici 2040, son programme de réutilisation de l’eau sur site permettra d’économiser 1,3 million de gallons d’eau potable chaque jour.

La technologie permettant à ces bâtiments de capter et de traiter toute leur eau selon les normes potables existe déjà. Mais la sécurité de la réutilisation directe des eaux usées recyclées est toujours à l’étude, et les réglementations américaines jusqu’à présent ne le permettent pas. Un système entièrement circulaire, dans lequel l’eau est réutilisée sur place pour des utilisations potables et non potables, est dans au moins cinq à 10 ans dans ce pays, disent les experts.

Sources d’eau alternatives disponibles dans un bâtiment urbain typique. Institut du Pacifique

Les systèmes centralisés d’eau recyclée, en revanche, sont utilisés depuis des décennies, bien qu’ils se soient également rapidement développés en tant que solution aux pénuries d’eau. Le comté d’Orange, en Californie, par exemple, abrite la plus grande installation de recyclage de l’eau au monde. Il nettoie 130 millions de gallons d’eaux noires par jour dans un processus appelé réutilisation indirecte de l’eau potable. Les eaux usées hautement traitées, qui auraient normalement été rejetées dans l’océan, sont soumises à un processus de purification avancé en trois étapes qui comprend la microfiltration, l’osmose inverse et la désinfection à la lumière ultraviolette et au peroxyde d’hydrogène. La production est injectée dans les eaux souterraines voisines, pour être pompée et traitée selon les normes de l’eau potable par les services publics locaux.

À Singapour, l’énorme usine de récupération d’eau de Changi nettoie et purifie 237 millions de gallons d’eaux usées par jour selon les normes potables.

Mais le nouveau paradigme de réutilisation repense fondamentalement les systèmes d’eau, en les localisant de la même manière que les ménages et les quartiers dotés de panneaux solaires sur les toits et communautaires ont transformé les systèmes énergétiques loin des centrales électriques centralisées.

La disparition du Rio Grande: Warming fait des ravages sur une rivière légendaire. En savoir plus.

Les nouveaux bâtiments et quartiers, a déclaré Fiske, de l’Alliance nationale pour l’innovation dans l’eau, pourraient un jour ne plus avoir besoin de se raccorder aux conduites d’égout et à l’approvisionnement en eau. Les gens pourront construire sans tenir compte des connexions aux infrastructures d’eau, simplement en utilisant la même eau encore et encore dans une boucle pratiquement fermée. « L’eau qui tombe sur le toit dans la plupart des endroits du monde sera suffisante pour soutenir une maison », prédit Fiske, citant une étude récente qui a révélé que cette approche pourrait économiser au moins 75% de la demande en eau.

Le recyclage des locaux permet non seulement d’économiser de l’eau, mais aussi d’économiser le coût du pompage de l’eau sur de longues distances et les coûts associés au creusement des rues pour le remplacement et l’installation des pipelines. « L’eau est lourde », a déclaré Fiske, « et nous vivons sur une planète avec la gravité. Alors utilisez l’eau là où vous vivez encore et encore. »

Alors que dans certaines situations, les systèmes décentralisés sont censés économiser de l’argent en réduisant l’énergie nécessaire pour pomper l’eau, dans d’autres situations, ils pourraient nécessiter plus d’électricité pour pomper l’eau à travers un bâtiment.

La prévalence accrue du recyclage de l’eau permettra à l’eau d’être nettoyée selon des normes variables – ou différentes « saveurs » – en fonction de son utilisation prévue, un concept appelé « adapté à l’usage ». L’eau pour tirer la chasse d’eau des toilettes, par exemple, n’a pas besoin d’être nettoyée aussi soigneusement que l’eau potable.

Les systèmes de recyclage construits à San Francisco sont largement considérés comme un succès, et des représentants de villes en stress hydrique du monde entier sont venus ici pour étudier l’approche.

Epic Cleantec a conçu un système qui fournira 30 000 gallons par jour pour l’immeuble de bureaux Park Habitat, en construction à San Jose. Son système d’eaux noires sera utilisé pour irriguer un mur végétal vivant à l’extérieur de la tour de 20 étages. Le système recueille l’eau de la pluie, des tours de refroidissement, des douches, des toilettes et des éviers, puis la fait circuler à travers un processus de traitement en plusieurs étapes dans le sous-sol. Les solides sont séparés, stérilisés et transformés en amendement du sol.

L’usine de recyclage des eaux usées du comté d’Orange, en Californie, la plus grande au monde, soumet les eaux usées traitées à un processus de purification en trois étapes. Mario Tama / Getty Images

« San Francisco a écrit le livre de jeu et réduit les risques de l’ensemble du processus » en lissant les réglementations nécessaires à la construction de ces systèmes, a déclaré Aaron Tartakovsky, qui a fondé Epic Cleantec avec son père, Igor, et en est le PDG. « La technologie pour faire cela existe depuis longtemps. Ce qui a empêché l’adoption de la technologie, ce sont les obstacles réglementaires. Sans aucun cadre établi, il n’y avait aucun moyen d’y parvenir. Ce que font les villes et les États, c’est élaborer un manuel clair sur la façon dont ces systèmes peuvent être exploités de manière sûre et efficace.

Tartakovsky a déclaré que les systèmes construits par Epic Cleantec coûtaient de quelques centaines de milliers à quelques millions de dollars. Le retour sur investissement prend environ sept ans, dit-il. Après cela, il y a des économies considérables sur les coûts d’eau et d’égout qui varient d’un bâtiment à l’autre.

Heather Cooley, directrice de la recherche pour le Pacific Institute à Oakland, une organisation indépendante qui étudie la durabilité de l’eau, et auteure d’un rapport sur les systèmes distribués et la résilience de l’eau, estime que les systèmes de locaux sont essentiels pour l’avenir de l’eau en Californie. « Ces systèmes sur site et distribués sont un ajout intéressant à la gamme d’outils pour relever les défis météorologiques », a-t-elle déclaré. « Ils aideront à renforcer la résilience. » Cependant, a-t-elle ajouté, « il n’y a pas de solution miracle. Ils ne seront pas appliqués dans tous les bâtiments partout. »

Il peut sembler contre-intuitif que la Commission des services publics de San Francisco exige que les nouveaux bâtiments réduisent leur consommation d’eau de la ville: après tout, la commission est chargée de vendre cette ressource. Mais San Francisco a une politique de densification dans le noyau urbain. Alors que les bâtiments de trois et quatre étages sont remplacés par des bâtiments de 10 et 12 étages, le coût de la construction de nouvelles infrastructures d’eau et de la recherche de nouvelles sources d’eau monte en flèche.

Le recyclage des locaux a également lieu dans ce que l’on appelle les districts. L’Université de Californie à Davis dispose d’un système d’eaux noires utilisé pour l’irrigation, et de nouveaux quartiers se développent avec leurs propres systèmes de recyclage en boucle fermée. À San Diego, par exemple, les promoteurs construisent un grand système de district pour recycler les eaux noires dans un centre commercial en cours de conversion en campus de bureaux.

« L’échelle du quartier est la bonne échelle pour la durabilité » de l’eau recyclée, a déclaré Claire Maxfield, directrice du bureau de San Francisco d’Atelier Ten, un cabinet d’architecture basé à Londres.

Un système Hydraloop peut recycler jusqu’à 95 % de l’eau d’un ménage. Hydraloop

Maxfield a dirigé l’équipe de développement durable qui a aidé à concevoir un système de district à usage mixte de 11 acres pour Mission Rock, un quartier actuellement en construction à côté du stade de baseball des Giants de San Francisco. Il recueillera les eaux usées d’un égout principal, les filtrera, puis les enverra aux 17 bâtiments du quartier pour être utilisées pour l’irrigation et la chasse d’eau des toilettes. « Cela fonctionne très bien, et cela fonctionne de manière très rentable » à l’échelle du quartier, a déclaré Maxfield. « Il partage le coût, c’est bon pour la résilience et la justice environnementale. C’est mieux que de dire à tout le monde de résoudre ce problème par lui-même. »

Une étude récente a révélé que cette approche du recyclage de l’eau ajoute environ 6% au coût d’une maison individuelle et 12% au coût d’une maison multifamiliale. Mais à mesure que le nombre de personnes utilisant ces systèmes augmente, des économies d’échelle entrent en jeu, ce qui rend l’eau recyclée beaucoup moins chère que l’eau de ville.

L’Hydraloop, créée en Hollande, est une technologie domestique sur le marché, une sorte de machine de « lavage à l’eau ». Il recycle jusqu’à 95% de l’eau d’un ménage, désinfectant les flux de douche et de machine à laver pour irriguer les pelouses, tirer la chasse d’eau des toilettes et remplir les piscines. La consommation globale d’eau diminue de 25 à 45 %. Une entreprise de Vancouver fabrique un produit appelé RainStick, qui recycle l’eau de douche encore et encore pendant que vous prenez une douche.

Quels sont les obstacles à des changements résidentiels encore plus importants? Le facteur beurk, disent les experts. « Lorsque nous parlons de réutilisation, il y a beaucoup de peur » parmi les constructeurs et les architectes, a déclaré Maxfield, bien qu’elle pense qu’ils peuvent être surmontés.

Une révolution tranquille : les villes du Sud-Ouest apprennent à prospérer au milieu de la sécheresse. En savoir plus.

C’est pourquoi, a-t-elle dit, la décentralisation des systèmes d’eau et de traitement des déchets semble destinée à jouer un rôle majeur dans un monde soumis à un stress hydrique. « Personne ne parlait de carbone il y a 20 ans » dans la conception des bâtiments, a déclaré Maxfield. « Et maintenant, tout le monde le fait. L’eau va avoir ce moment. »

Jim Robbins est un journaliste chevronné basé à Helena, dans le Montana. Collaborateur régulier de Yale Environment 360, il a écrit pour le New York Times, Conde Nast Traveler et de nombreuses autres publications. Son dernier livre s’intitule The Wonder of Birds: What they Tell Us about the World, Ourselves and a Better Future. Plus de détails sur le Jim Robbins →

Ne manquez jamais une fonctionnalité! Inscrivez-vous à la newsletter E360 →