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 à San Francisco filtre les eaux usées des éviers et des douches pour les réutiliser. Jeremy Graham / Alamy Banque D'Images

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, selon les partisans, fera baisser la demande à une époque de pénurie croissante d'eau.

Par Jim Robbins • 6 juin 2023

Au 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 être transporté vers un hôtel de Los Angeles.

Là, cette unité, appelée OneWater System, 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 sur membrane, de la lumière ultraviolette et du chlore, puis la renverra à l'étage pour être réutilisée à des fins 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 disposons désormais de technologies pour nous permettre 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 la « décentralisation extrême de l'eau et des eaux usées » - également connue sous le nom de « systèmes d'eau distribuée » ou de recyclage « sur site » ou « sur site » - est en train d'émerger comme une stratégie de premier plan dans les efforts visant à rendre l'utilisation de l'eau plus durable.

Le concept consiste à équiper les nouveaux bâtiments commerciaux et résidentiels ainsi que les quartiers, tels que les quartiers et les universités, d'usines de recyclage sur site qui rendront l'eau à usage non potable moins chère que l'achat d'eau potable à partir 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. C'est, selon de nombreux experts, l'avenir de l'eau. Finalement, on espère que les bâtiments seront complètement autosuffisants, ou "neutres en eau", en utilisant la même eau encore et encore, potable et non potable, en boucle fermée.

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Ce n'est pas qu'une chimère. La preuve de concept est en cours à San Francisco, qui en 2015 exigeait 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 préparation. (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 Commission des services publics de San Francisco dispose d'un système d'eaux noires, appelé Living Machine, qui traite ses eaux usées dans des zones humides artificielles construites dans les trottoirs autour du bâtiment, puis les utilise pour rincer les toilettes et les urinoirs à faible débit. Le processus réduit l'approvisionnement en eau potable importée du bâtiment de 40 %.

Le recyclage des eaux grises à lui seul peut permettre d'économiser des quantités substantielles d'eau. Son utilisation pour tirer la chasse d'eau des toilettes et laver les vêtements réduit la demande d'eau neuve d'environ 40 %. L'utilisation d'eau recyclée pour les douches éliminerait encore 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 bécher d'eaux grises. À droite : un bécher d'eau grise traitée potable. Ted Bois

Pour démontrer sa technologie, Epic Cleantec, une entreprise de recyclage de l'eau, a même brassé une bière appelée Epic OneWater Brew avec des eaux grises purifiées provenant d'un immeuble de 40 étages à San Francisco.

Avec la sécheresse et la crise de l'eau sur le Colorado, le Rio Grande et d'autres fleuves occidentaux, la "décentralisation extrême" fait son chemin vers d'autres endroits de l'Ouest américain, notamment le Colorado, le Texas et l'État de Washington. Et des projets décentralisés sont en cours au Japon, en Inde et en Australie. Il existe de sérieuses pressions sur les approvisionnements en eau douce 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 rareté - de nombreuses communautés vont s'en servir comme moyen de développement économique tout en ayant la sécurité de l'eau."

Les systèmes de recyclage de San Francisco ne sont pas neutres en eau. Le plus grand bâtiment doté d'un système sur site est la Salesforce Tower, une tour de bureaux, d'hôtel et résidentielle de 61 étages qui a ouvert ses portes en 2018 et est le plus haut bâtiment de San Francisco. Construit par la société australienne Aquacell, le système nettoie chaque jour 30 000 gallons d'eaux usées, d'éviers, de douches et d'autres eaux usées et les utilise pour l'irrigation et la chasse d'eau des toilettes, ce qui permet d'économiser environ 7,8 millions de gallons d'eau par an. C'est l'équivalent de l'utilisation annuelle de 16 000 San Franciscains, selon l'entreprise. L'eau extérieure est encore nécessaire pour les usages potables. (À New York, le projet de réaménagement de la Domino Sugar Refinery, actuellement en construction sur le front de mer de Brooklyn, recyclera 400 000 gallons d'eaux noires par jour.)

La Commission des services publics de San Francisco, le fournisseur d'eau, estime qu'il y a un total de 48 systèmes de réutilisation en fonctionnement et 29 autres projets en cours de planification dans la ville. D'ici 2040, selon l'agence, 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 de potabilité existe déjà. Mais la sécurité de la réutilisation directe des eaux usées recyclées est toujours à l'étude, et la réglementation américaine ne le permet pas jusqu'à présent. Un système entièrement circulaire, dans lequel l'eau est réutilisée sur place pour des usages potables et non potables, est dans au moins cinq à dix ans dans ce pays, selon 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 comme solution aux pénuries d'eau. Le comté d'Orange, en Californie, par exemple, abrite la plus grande installation de recyclage d'eau au monde. Il nettoie 130 millions de gallons d'eaux noires par jour dans un processus appelé réutilisation potable indirecte. Les eaux usées hautement traitées, qui auraient normalement été rejetées dans l'océan, sont soumises à un processus avancé de purification 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 à proximité, pour être pompée et traitée aux normes d'eau potable par les services publics locaux.

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

Mais le nouveau paradigme de réutilisation repense fondamentalement les systèmes d'approvisionnement en 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.

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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 se soucier 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 alimenter 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 de réduire 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 canalisations. "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 dans un bâtiment.

La prévalence accrue du recyclage de l'eau permettra à l'eau d'être nettoyée selon des normes variables - ou différentes "saveurs" - selon son utilisation prévue, un concept appelé "adapté à l'usage". L'eau des toilettes, par exemple, n'a pas besoin d'être nettoyée aussi soigneusement que l'eau potable.

Les systèmes de recyclage en cours de construction à San Francisco sont largement considérés comme un succès, et des représentants de villes en situation de 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'eau noire sera utilisé pour irriguer un mur végétal vivant sur l'extérieur de 20 étages de la tour. Le système recueille l'eau de 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 au sous-sol. Les solides sont séparés, stérilisés et transformés en amendement de sol.

Un rendu de l'immeuble de bureaux Park Habitat, actuellement en construction à San Jose, qui utilisera les eaux usées traitées pour irriguer un mur végétal vivant. Hayes Davidson / Cisjordanie

"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 ce faire 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 proposer un manuel clair sur la manière dont ces systèmes peuvent être exploités de manière sûre et efficace. "

Tartakovsky a déclaré que les systèmes qu'Epic Cleantec est en train de construire coûtent 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 continues considérables sur les coûts d'eau et d'égout qui varient d'un bâtiment à l'autre.

Heather Cooley, directrice de recherche pour le Pacific Institute à Oakland, une organisation indépendante qui étudie la durabilité de l'eau, et auteur d'un rapport sur les systèmes distribués et la résilience de l'eau, estime que les systèmes de prémisse sont essentiels pour l'avenir de l'eau en Californie. "Ces systèmes sur site et distribués sont un ajout passionnant 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 du monde".

Il peut sembler contre-intuitif que la San Francisco Public Utilities Commission exige que les nouveaux bâtiments réduisent leur consommation d'eau de ville : après tout, la commission est chargée de vendre cette ressource. Mais San Francisco a une politique de densification du 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 hydrauliques et de la recherche de nouvelles sources d'eau monte en flèche.

Le recyclage des locaux a également lieu dans ce qu'on appelle les quartiers. L'Université de Californie, Davis, dispose d'un système d'eau noire 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 vaste 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" pour l'eau recyclée, a déclaré Claire Maxfield, directrice du bureau de San Francisco d'Atelier Ten, un cabinet d'architecture basé à Londres.

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

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 collectera les eaux noires 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 de manière très rentable" à l'échelle du quartier, a déclaré Maxfield. "Cela partage les coûts, c'est bon pour la résilience et la justice environnementale. C'est mieux que de dire à chacun 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 habitation multifamiliale. Mais à mesure que le nombre de personnes utilisant ces systèmes augmente, des économies d'échelle entrent en jeu, rendant l'eau recyclée beaucoup moins chère que l'eau de ville.

L'Hydraloop, créé en Hollande, est une technologie domestique sur le marché, une sorte de machine à "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, chasser les 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 la douche encore et encore pendant que vous vous douchez.

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'elles peuvent être surmontées.

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C'est pourquoi, a-t-elle dit, la décentralisation des systèmes d'eau et de traitement des déchets semble être destinée à jouer un rôle majeur dans un monde en situation de 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 Robbin est un journaliste chevronné basé à Helena, Montana. Contributeur régulier à Yale Environment 360, il a écrit pour le New York Times, Conde Nast Traveler et de nombreuses autres publications. Son dernier livre est The Wonder of Birds: What They Tell Us About the World, Ourselves and a Better Future. En savoir plus sur Jim Robbins →

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