Des eaux usées à l’eau de brassage de bière : des solutions innovantes pour la réutilisation de l’eau
L’eau, une molécule à la fois simple mais indispensable, est aujourd’hui confrontée à un défi sans précédent. Partout dans le monde, les ressources en eau douce sont mises à rude épreuve par les phénomènes climatiques extrêmes, la croissance démographique et l’augmentation des besoins urbains. D’ici 2030, il est prévu que la demande mondiale en eau dépasse l’offre disponible de 40 %.[1] La pénurie d’eau se fait d’ores et déjà ressentir à l’échelle mondiale : une ville sur quatre est confrontée à l’insécurité de l’approvisionnement en eau.[2] Même des pays réputés riches en eau comme l’Allemagne ont connu des tensions ces dernières années.[3] Face à une demande en eau qui ne cesse de croître, le recours à des systèmes hydriques intelligents et résilients ainsi qu’à des ressources en eau disponibles localement devient indispensable.
La réutilisation d’eaux usées traitées représente une solution d’avenir et est déjà mise en œuvre de manière innovante. Reuse Brew en est un exemple : dans le cadre de ce projet, l’eau usée recyclée est transformée en eau de haute qualité employée pour le brassage de bière. Ce projet démontre clairement que les technologies avancées de réutilisation de l’eau sont non seulement réalisables sur le plan technique, mais aussi fiables et sûres, même pour des usages exigeant traditionnellement une qualité d’eau potable irréprochable.
Pourquoi la réutilisation de l’eau est essentielle, aujourd’hui plus que jamais
La réutilisation de l’eau n’a rien d’un concept futuriste. Dans le passé déjà, certaines régions et collectivités ont réutilisé l’eau sous différentes formes pour l’agriculture, l’industrie ou même, indirectement, pour l’approvisionnement en eau potable. Des exemples remarquables comme le Groundwater Replenishment System dans le comté d’Orange (en Californie) ou la Goreangab Water Reclamation Plant de Windhoek (Namibie) montrent la voie : ils réinjectent depuis des décennies les eaux usées traitées dans l’approvisionnement public en eau potable, sans conséquence pour la santé publique.
Aujourd’hui, l’importance de la réutilisation de l’eau est renforcée par des évolutions écologiques et sociétales claires. Les ressources en eau douce s’épuisent plus rapidement qu’elles ne se régénèrent. Le changement climatique accroît la fréquence des sécheresses et des épisodes de chaleur tandis que l’urbanisation concentre la demande dans des régions déjà confrontées à des ressources en eau limitées.[4] En Europe, ce sont surtout les pays du Sud comme l’Espagne et la Grèce qui font progresser la réutilisation de l’eau pour l’irrigation agricole. Mais des projets émergent également en Allemagne, en France et dans d’autres pays.
Les eaux usées constituent une ressource particulièrement prometteuse car elles sont disponibles en continu, indépendamment des périodes de sécheresse. Le traitement des eaux usées en vue de leur réutilisation est souvent plus durable et plus économique que des alternatives comme l’acheminement de l’eau sur de longues distances depuis des réservoirs. Un exemple impressionnant est celui de Singapour : là-bas, les eaux usées traitées couvrent désormais près de 40 % de la demande nationale, avec une tendance à la hausse.[5] Pourtant, à l’échelle mondiale, 11 % seulement des eaux usées sont actuellement réutilisées.[6] Ce faible taux n’est pas lié à un manque de potentiel mais plutôt à l’absence d’infrastructures adaptées, de cadres réglementaires clairs et d’investissements dans les technologies de traitement modernes.
Reuse Brew utilise ce potentiel jusqu’ici peu exploité, et pas seulement pour la fabrication d’une boisson. Le projet doit également encourager un débat essentiel sur le rôle central de la réutilisation de l’eau dans la construction de systèmes hydriques plus fiables et plus résilients pour l’avenir.
Une révolution durable dans le domaine du brassage
Reuse Brew est né d’une collaboration entre Xylem, un fournisseur mondial de solutions de gestion de l’eau et l’Université technique de Munich. L’objectif est de démontrer la performance et le potentiel d’utilisation des technologies avancées du traitement de l’eau. Le projet remplit une double mission, à la fois symbolique et pratique : il montre que les eaux usées peuvent être purifiées au point de garantir un brassage sûr. Un domaine où les consommateurs attendent une pureté totale et un goût irréprochable. Chaque étape du traitement cherche à améliorer progressivement le niveau de pureté des eaux usées, jusqu’à atteindre, voire même dépasser, la qualité d’eau potable requise pour le brassage.
Dans le cadre du projet Reuse Brew, Xylem collabore avec les partenaires du projet Nutzwasser (Eau d’usage)[7], dont la station d’épuration de la ville de Schweinfurt, en Allemagne. Au sein du projet Nutzwasser, des chercheurs et spécialistes étudient comment les procédés avancés de traitement de l’eau peuvent être appliqués dans des conditions réelles d’exploitation et utilisés à différentes échelles. Par exemple, pour l’irrigation agricole, l’entretien des espaces verts urbains ou d’autres usages dans le cadre de stratégies régionales de gestion de l’eau.
Le projet Nutzwasser est actuellement en phase de démonstration à la station d’épuration de Schweinfurt où les eaux usées sont traitées au moyen d’une combinaison de différentes étapes d’épuration. Celles-ci comprennent la filtration, l’ozonation, le charbon actif biologique (CAB), la filtration sur charbon actif en grains (CAG) ainsi que la désinfection par UV. Dans le cadre de Reuse Brew, l’eau est prélevée après la désinfection par UV puis traitée de nouveau par nanofiltration et par oxydation avancée basée sur les UV (UV-AOP). Plusieurs étapes de traitement successives garantissent l’élimination des contaminants résiduels et permettent d’obtenir une eau répondant aux exigences élevées de qualité et de sécurité nécessaires à la consommation humaine.
Voici comment l’eau usée est traitée dans le cadre du projet Reuse Brew
Le processus débute dans l’installation de traitement des eaux à Schweinfurt. L’eau poursuit ensuite son traitement à la chaire d’ingénierie des systèmes d’eau urbains de l’Université technique de Munich afin d’atteindre la qualité requise pour le brassage. Enfin, elle est transférée à la brasserie de recherche de l’Université technique de Munich où elle est utilisée pour brasser une bière blonde bavaroise.
1. Traitement conventionnel des eaux usées
Dans la station d’épuration de Schweinfurt, les eaux usées brutes passent par des traitements mécaniques ainsi que par des procédés biologiques. Au cours de cette phase, les matières solides sont retirées et les principaux contaminants comme les substances organiques, le phosphore et l’azote sont réduits. L’eau traitée issue de cette étape peut être rejetée dans les cours d’eau mais elle contient encore des traces de micro-polluants organiques, tels que les résidus de médicaments ou les composants issus des produits de soins, ainsi que des micro-organismes pathogènes que le traitement conventionnel des eaux usées ne permet pas d’éliminer totalement.
2. Ozonation
Lors de l’étape suivante, après une phase de filtration, l’eau est traitée à l’ozone avec le système WEDECO GSO de Xylem. L’ozone, une forme d’oxygène hautement réactive, décompose les molécules organiques complexes difficile à éliminer. Dans l’installation de Schweinfurt, ce procédé permet d’éliminer plus de 80 % des substances indicatrices, définies dans la directive européenne récemment révisée, relative au traitement des eaux usées urbaines. De plus, le processus inactive plus de 99 % des bactéries et des virus en créant ainsi très tôt dans la chaîne de traitement un niveau de sécurité robuste.
3. Filtration sur charbon actif biologique (CAB)
Après le traitement à l’ozone, l’eau traverse des filtres à charbon actif sur lesquels s’est développé un biofilm avec des micro-organismes spécialisés. Ces micro-organismes dégradent biologiquement les sous-produits oxydés par l’ozone, tandis que le charbon actif adsorbe les micro-polluants organiques résiduels. Cette approche combinée permet de réduire davantage encore la concentration des contaminants résiduels.
4. Nanofiltration
La nanofiltration se fait au moyen d’une membrane haute pression (DOW-Filmtec NF 4040). Ce procédé permet d’éliminer les sels dissous ainsi qu’un large éventail de micro-polluants et micro-organismes. Contrairement à l’osmose inverse couramment utilisée dans les installations de réutilisation de l’eau, mais énergivore et associée à des contraintes liées à l’élimination du concentré, la nanofiltration offre un rapport performant entre efficacité de traitement et consommation énergétique. Cette étape est donc parfaitement adaptée au projet Reuse Brew.
5. Oxydation avancée
La dernière étape repose sur une oxydation avancée, mise en œuvre grâce au processus d’oxydation avancée MiPro Xylem. Ce processus combine du peroxyde d’hydrogène et un rayonnement UV afin de générer des radicaux hydroxyles hautement réactifs et d’éliminer les contaminants résiduels. Dans le processus Reuse Brew, une concentration de peroxyde d’hydrogène de 1 mg/L et une dose UV d’environ 3000 mJ/cm² permettent une élimination supplémentaire de 90 % des substances chimiques résiduelles et une inactivation de 99,9999 % des agents pathogènes (réduction 6-log).
Plus qu’une bière : l’importance majeure de la réutilisation de l’eau
Au cours du projet Reuse Brew, environ 6 000 litres d’eaux usées sont traitées pour produire environ 4 000 litres d’eau ultrapure, permettant de brasser entre 1 500 et 1 800 litres de bière. Reuse Brew est bien plus qu’une simple démonstration scientifique et qu’une boisson exceptionnelle. Le projet rend la réutilisation de l’eau concrète et compréhensible.
Dans un contexte où l’eau devient de plus en plus rare, sa réutilisation jouera un rôle central dans la gestion future des ressources en eau. Les technologies éprouvées, comme celles mises en œuvre dans le cadre de Reuse Brew, peuvent être appliquées à des usages tels que l’irrigation, les applications industrielles ou encore le traitement de l’eau potable, contribuant ainsi à préserver les ressources en eaux souterraines et en eaux de surface.
Un verre porté à l’avenir
Le projet Reuse Brew démontre de manière impressionnante que les eaux usées ne sont pas un déchet. Il s’agit d’une ressource précieuse, prête à être transformée en une eau exceptionnellement pure et sûre. Grâce à une technologie ultra-moderne, une rigueur scientifique et une communication créative, l’initiative contribue à changer les perceptions et à ouvrir la voie à une utilisation plus large des technologies de réutilisation de l’eau.
Dans un monde où la pénurie d’eau est déjà une réalité, des projets comme Reuse Brew montrent comment une eau traitée de haute qualité peut offrir de nouvelles solutions pour renforcer la sécurité de l’eau pour les générations futures.
Dr. Uwe Hübner, Senior Sales & Process Engineer, Water Reuse & AOP, Xylem Water Solutions
Prof. Dr. Jörg E. Drewes, Chaire d’ingénierie des systèmes d’eau urbains, Université technique de Munich
Prof. Dr. Thomas Becker, Chaire de technologie des brasseries et des boissons, Université technique de Munich