En France, les grandes agglomérations sont bien équipées et leurs usines régulièrement réhabilitées. A contrario, la France est en retard dans la mise aux normes des installations des collectivités de petite et moyenne taille. C?est sur ces collectivités ? qui n?ont souvent que peu de ressources pour financer leurs projets ? que l'effort devra porter dans les prochaines années. Comment, rapidement et à moindre coût, équiper les collectivités locales de petite ou moyenne taille d'usines de traitement satisfaisant aux exigences actuelles de qualité ? L?ultrafiltration seule ou au sein d'une filière, permet de répondre à une bonne partie des enjeux à venir.
Une usine de traitement destinée à fabriquer de l’eau potable ou à épurer des effluents comporte en général plusieurs étapes de traitement. Leur association permet d’atteindre un niveau de qualité d’eau requis. On parle alors de filière de traitement. La filière la plus simple se réduit à une étape unique : l’ultrafiltration appliquée sur des eaux karstiques par exemple. Pour la plupart des eaux brutes en revanche, un traitement satisfaisant ne peut être obtenu qu’en mettant en œuvre des filières dites « multibarrières », comprenant plusieurs étapes de traitement.
Ces filières intègrent des technologies spécifiques pour chaque étape du traitement.
Les fabricants et promoteurs d’équipements parlent d’applications pour leurs technologies. Ces applications se définissent tantôt en faisant référence au positionnement de la technologie dans la filière, tantôt en écho à la nature des eaux à traiter, parfois enfin en évoquant la destination de l’eau traitée par cette application. Ainsi par exemple, la « technologie » de l’ultrafiltration peut se retrouver dans les trois applications suivantes : le prétraitement d’osmose inverse, le traitement des eaux coagulées décantées, le recyclage des eaux usées.
Le choix de l’enchaînement des étapes de traitement de la filière et le dimensionnement de chacune relèvent de compétences rares, maîtrisées seulement par les trai-
Traiteurs d'eau, spécialistes de la chimie de l'eau et des procédés de son traitement
Deux approches pour l'optimisation du coût d’une usine de traitement d’eau
L'usine de traitement d’eau est une infrastructure onéreuse pour la collectivité. De nombreuses études doivent être réalisées pour en optimiser le coût. Une observation attentive permet d'identifier deux grandes tendances, chacune associée à des histoires et des cultures différentes, à des modèles économiques différents ou à des modes d’administration plus ou moins centralisés.
L'approche intégrée, prédominante en France, se caractérise par le fait de confier à un acteur « sachant » – le traiteur d’eau – des données de qualité d’eau d’entrée et de sortie d'usine, charge à ce dernier d’optimiser globalement le dimensionnement de la filière. Dans ce schéma, le postulat est que les meilleurs coûts d'investissement et d’exploitation d’une usine (CAPEX et OPEX) résultent d'une filière conçue sur mesure.
Les traiteurs d'eau français, dans le cadre de marchés de « conception-réalisation », ont développé de réelles capacités à choisir et dimensionner le meilleur enchaînement possible d’étapes de traitement pour atteindre la performance attendue. Ce savoir-faire repose sur une très bonne maîtrise des optimums d’efficacités de chaque technologie en fonction de la variété et de la concentration des polluants.
Cette solution intégrée s’accompagne pour les traiteurs d’eau de coûts d'ingénierie élevés, nécessaires à la mise en œuvre de conceptions sur mesure des différentes étapes de traitement, au service d’un système globalement optimisé. Par ailleurs, la volonté d'une optimisation globale du dimensionnement de l'usine peut induire des coefficients de sécurité insuffisants et des déconvenues en fonctionnement réel. Enfin, le respect du délai de construction de l'usine est souvent pénalisé par la complexité des études d'ingénierie. La réussite dans cette approche repose alors sur une parfaite maîtrise de la gestion de projet.
Le monde anglo-saxon propose une approche segmentée, sous-tendue par une logique de préfabrication industrielle dictée par des analyses marketing. Dans ce schéma, des consultants dimensionnent grossièrement les étapes de traitement de la filière et choisissent ensuite des ouvrages ou équipements standards disponibles sur le marché.
L’équipement standard est fabriqué en série de façon industrielle. L'investissement initial nécessaire à sa fabrication est amorti au fil des ventes. Chaque projet d’usine évite ainsi l’imputation d'importants coûts d'études d’ingénierie dédiées et son coût s’en trouve minimisé. En revanche, l'adoption d'un équipement standard dans une filière induit généralement un dimensionnement de l’usine au-delà du strict besoin théorique. Ainsi l'économie liée aux équipements standards est en partie compensée par les effets de paliers des gammes de produits.
Un autre constat est que l’approche industrielle anglo-saxonne s’applique de moins en moins au fur et à mesure que les capacités des usines augmentent, car l’industrialisation d'une gamme de technologies standards n’est rentable qu’à partir d'un volume minimal de ventes (études marketing), ce qui exclut les situations rares ou uniques. Il existe donc certainement, pour chaque couple technologie & application, un seuil de capacité en deçà duquel la technologie doit être standardisée et au-delà duquel il est préférable de mobiliser une ingénierie dédiée à chaque projet.
Le facteur temps
Mais l'ensemble des réflexions précédentes ne prend pas en compte le facteur temps. Or les évolutions démographiques et sociologiques, les exigences sanitaires grandissantes ainsi que la financiarisation de l’économie rendent aujourd’hui ce critère prépondérant dans l’évaluation et la réussite de projets, souvent devant le coût d’investissement de l'usine.
Deux constats peuvent être faits à propos du secteur municipal :
- - le temps d’adoption des nouvelles technologies ainsi que les délais de réalisation des usines de traitement d’eau sont trop longs. Or on conçoit aisément que le temps de réalisation d'une usine sera plus court en adoptant des technologies standards plutôt qu’en réalisant l’ingénierie d’un ouvrage sur mesure. L’approche industrielle décrite ci-dessus prend donc ici tout son sens dans la mesure où elle favorise le raccourcissement de ces délais.
- - les innovations technologiques déjà éprouvées chez les clients industriels où, pour se développer, elles ont bénéficié d'un souci de compétitivité, de procédures de gestion dynamique, de risques mieux encadrés par des essais pilotes, de tailles d'usines réduites et de cycles d'affaires généralement courts, sont déjà presque standardisées lorsqu’elles investissent le théâtre municipal. Le risque qui se présente alors réside surtout dans les changements d’échelle exigés par les usines municipales de grande taille. En revanche, dans le modèle où l'ingénierie est privilégie-
Exigée, les traiteurs d'eau doivent d’abord s'approprier les nouveautés, puis les évaluer avant de les intégrer dans des filières optimisées ou d’en créer de nouvelles et même d’être compétitives.
Au regard de ce qui précède, il semble que l'histoire ira dans le sens d'un renforcement du modèle industriel car les équipements standards offrent des solutions économiques, éprouvées et dont la mise en œuvre est la plus rapide. La tendance des fabricants de technologies, sur la base de ce constat, sera de relever en permanence le seuil évoqué précédemment afin de produire des gammes d’équipements standards de tailles toujours plus importantes. La limite de cette stratégie est fixée par le niveau de risque pris par le fabricant d’équipements. Le cycle de l'innovation se raccourcit en permanence, or les produits standardisés doivent être amortis avant la rupture technologique suivante. Ainsi, il est souvent préférable pour un équipementier de renoncer stratégiquement à un élargissement de gamme vers le haut, pour concentrer ses efforts R&D sur une future génération de produits.
Le développement durable
Les dés seraient donc jetés : l’approche industrielle “marketée” s'imposerait progressivement à l'ingénierie globale du fait d'une accélération du temps de l'innovation et de la réalisation des projets.
La crise actuelle pourrait, par ses effets indirects, nuancer cette conclusion. Aujourd’hui, à l'image des réflexions issues du Grenelle de l'environnement en France, les États et les populations se préoccupent de plus en plus de l'environnement. L'énergie et l'eau doivent être préservées, les voitures doivent être économes en carburant et les transports communs retrouvent leur intérêt, les matériaux et les constructions doivent être HQE. Les acteurs du traitement d’eau intègrent progressivement ces évolutions sociétales, et les premières usines à énergie positive font leurs apparitions.
Une des principales caractéristiques du développement durable est qu’il entraîne des réflexions de long terme, ayant pour principal objectif de préserver l’espèce humaine, son environnement, le climat et la biodiversité, en limitant notamment notre consommation d’énergie non renouvelable. En ce qui concerne le traitement des eaux, cette évolution force à des analyses où la prise en compte des coûts opératoires des usines (OPEX) devient plus essentielle que celle des coûts d’investissements (CAPEX).
Ainsi finalement la crise actuelle pourrait avoir pour effet de promouvoir l'approche globale, et l'ingénierie du traitement des eaux. Peut-être, mais les relances de l'investissement des États dans les infrastructures pourraient sortir le monde des difficultés économiques avant que les intentions de longs termes n’aient pu se concrétiser. En restera-t-il alors quelque chose ?
Le marché municipal du traitement des eaux en France
Historiquement, la France a adopté des schémas directeurs d’aménagement constitués de réseaux étendus et d’usines de grande capacité. Des schémas tels que ceux du traitement au point de consommation ou au point de rejet n'ont pas été retenus pour des raisons de mutualisation des infrastructures et de rationalisation des dépenses. Il n’existe pas en France de résidences privées, de centres de loisirs, d'hôpitaux ou d’écoles alimentées par des stations d’eau potable privées comme il y en a aux États-Unis par exemple.
Les grandes agglomérations (et communautés d’agglomérations) sont historiquement bien équipées, et leurs usines régulièrement réhabilitées. A contrario, et cela a été mis en évidence par les instances européennes, la France est en retard dans la mise aux normes des installations des collectivités de petite et moyenne taille. C'est sur ces collectivités - qui n’ont souvent que peu de ressources pour financer leurs projets - que l’effort devra porter dans les prochaines années.
Si le marché municipal français des collectivités est sensible aux financements, il l’est également aux contraintes sanitaires de qualité des eaux et aux exigences de confort des consommateurs (goût, couleur, odeurs...). Ces exigences grandissantes, combinées à la dégradation de la ressource et l’apparition de nouveaux polluants, commande l’adoption de technologies et filières innovantes dans le secteur municipal du traitement des eaux. À défaut, la vente d’eau en bouteille continuera de progresser et l'environnement continuera à se dégrader.
L'État ne s’y est pas trompé qui, dans le prolongement de l’adoption de la loi de modernisation de l'économie le 4 août 2008, a promulgué un décret d’application le 20 février 2009 mettant en œuvre une politique volontariste en faveur des PME et technologies innovantes.
Acheteurs publics peuvent réserver 15 % de certains de leurs marchés aux PME innovantes. Cette avancée essentielle va fournir aux ministères et collectivités territoriales un outil décisif pour ouvrir l'accès de l'innovation à la commande publique.
La technologie d’ultrafiltration par exemple, toujours innovante au regard du nombre d'installations sur le parc français, voit actuellement ses ventes s’accélérer. La conception des équipements s’étant continûment améliorée ces dernières années afin de répondre aux fortes exigences des clients municipaux et de leurs opérateurs, la tendance haussière actuelle du marché de l'eau potable ne pourra que confirmer l'avènement de l'ultrafiltration.
La question qui se pose aujourd'hui aux différents acteurs du traitement d'eau est la suivante : comment, rapidement et à moindre coût, équiper les collectivités locales de petite ou moyenne taille d’usines de traitement satisfaisant aux exigences actuelles de qualité ?
Les filières d’ultrafiltration dans le monde
L'ultrafiltration seule ou au sein d’une filière permet de répondre à une bonne partie des enjeux à venir. Elle permet l’élimination des bactéries, et surtout les risques de contamination par cryptosporidium et giarda, tout en maintenant l’équilibre minéral naturel de l'eau. Elle améliore la couleur, le goût de l'eau ; elle garantit une hygiénisation des eaux usées en vue d'une réutilisation (préservation des ressources). Associée au charbon actif, elle facilite le traitement des pesticides, etc.
Dès la fin des années 80, le groupe Suez a été précurseur de l'ultrafiltration en France avec l'utilisation du matériau tri-acétate de cellulose pour la réalisation de fibres creuses. Ces fibres, insérées dans des carters, filtrent l'eau qui y est introduite sous pression. L'eau circule de l'intérieur des fibres vers l'extérieur (technologie in/out).
Cette technologie convient parfaitement pour le traitement des eaux karstiques. Pour des eaux plus difficiles à traiter (eaux de surface avec fort taux de COT par exemple), le groupe Suez a également promu des filières multi-barrières associant des étapes de décantation, filtration puis ultrafiltration.
La filière multi-barrières se caractérise en eau potable par une utilisation systématique de l'ultrafiltration en traitement final (affinage). Comme évoqué précédemment, ce choix a permis d’optimiser le coût global d'investissement de l'usine d'eau potable, en modérant la surface utile d'ultrafiltration des membranes installées par l’action des filtres à sable situés en amont. Il a également permis d’obtenir de meilleurs coûts d’exploitation pour des usines d'ultrafiltration. Les filières multi-barrières avec des modules in/out sont ultra-majoritaires en Europe.
Aux États-Unis, par exemple, les fabricants de membranes ont historiquement opté pour d’autres matériaux membranaires (polysulfone, polyéthersulfone, PVDF, etc.), dont l’hydrophilie et la performance intrinsèque sont moindres que celles de l'acétate de cellulose, mais dont les tolérances aux pH des agents chimiques de nettoyage sont plus élevées. Par ailleurs, les fabricants américains ont également largement opté pour des fibres creuses filtrant de l’extérieur vers l’intérieur (technologie out/in) et pour une part dans une configuration immergée (sans carter). Ces choix ont permis d’élargir les applications de l'ultrafiltration en ouvrant notamment le marché du traitement direct des eaux décantées. Les fabricants de technologies américains ont ainsi pu augmenter leurs ventes d’équipements en soulignant notamment que les usines d’eau potable pouvaient s’affranchir de l’étape de filtration traditionnelle. Mais cet argumentaire a souvent fait peu de cas du coût de fonctionnement global de l'usine. En effet, dans de telles filières, les flux de l'ultrafiltration sont bas (eaux non filtrées) et les nettoyages par réactifs fréquents (25 fois plus qu’en affinage). Cette solution traduit parfaitement la prédominance du marché des équipements standard au détriment de celui de l’ingénierie.
La différence entre les deux situations précédentes s’explique peut-être par l’existence en France de leaders mondiaux du traitement d’eau, des entreprises qui se sont imposées comme les principaux interlocuteurs des maîtres d’ouvrage, devant les entreprises de génie civil en particulier. Les puissants moyens d’ingénierie de ces grands groupes français leur ont permis de disposer d'une vision globale du coût des usines et de déterminer les meilleurs équilibres au sein des filières. En revanche, il semble que l'approche très cartésienne des filières multi-barrières en ultrafiltration n’ait pas fait école en Amérique du Nord, où la culture des équipementiers industriels a favorisé la consommation de volumes toujours plus importants de membranes.
Les choix d’Aquasource
Aquasource est une entreprise spécialisée dans l’ultrafiltration depuis vingt ans. Son marché étant mondial, l'entreprise est en permanence confrontée aux deux modèles économiques décrits ci-avant. De ce fait Aquasource a dû faire des choix stratégiques en vue d’être compétitive dans toutes les configurations de marchés.
L’entreprise commercialise aujourd'hui deux grandes catégories de produits standards :
- des unités standardisées d’ultrafiltration sur châssis (ou skids) qui sont autonomes, équipées de l'ensemble des équipements périphériques : pompes, préfiltres
Aquasource
vannes..., nécessaires pour réaliser le traitement par ultrafiltration. Ces unités sont livrées clef en main, prêtes à être raccordées.
- des modules d'ultrafiltration, accompagnés du système de supportage associé : le rack. Le rack facilite la mise en œuvre par le constructeur traiteur d’eau de la technologie d’ultrafiltration. Ce dernier peut alors implanter facilement les modules sur le plan de son usine, et se concentrer sur le procédé à mettre en œuvre et l’aménagement des équipements périphériques. L’ensemble de ces produits est conçu et fabriqué avec une approche industrielle qui permet d’obtenir des coûts compétitifs et de garantir des délais minimisés. De fait, comme évoqué ci-avant, l'entreprise s’est trouvée confrontée à la définition du seuil limite pour la taille de ses équipements standard.
Pour les unités d’ultrafiltration autonomes (les skids), le seuil retenu correspond à des unités délivrant un débit unitaire de 200 m³/heure, actuellement le plus élevé au monde. Ces unités standards ont vocation à équiper des usines de traitement d'eau potable de capacité inférieure à 10.000 m³/jour. En effet, au-delà de trois unités autonomes installées côte à côte il devient plus économique de mutualiser certains équipements périphériques (pompes, vannes, préfiltres...), et d’entrer dans la gamme des racks. Cela induit certes des coûts d'ingénierie pour le constructeur traiteur d'eau mais ceux-ci restent inférieurs à ceux résultant de la redondance des équipements périphériques de chaque unité autonome.
Pour les usines d'eau potable dont la capacité se situe au-delà de 10.000 m³/j, l’offre d’Aquasource prévoit des racks en accompagnement des modules d’ultrafiltration. Le rack d’Aquasource a été conçu pour être le dénominateur commun à toutes les usines d'ultrafiltration, quelles que soient leurs applications et leurs configurations. Ce choix fait du rack le plus gros équipement “standardisable” possible d’une usine d'ultrafiltration de grande capacité. Les principaux critères retenus lors de la conception du rack d’Aquasource ont été son prix, sa compacité au sol afin de limiter les travaux de génie civil, son ergonomie pour faciliter son exploitation.
Enfin, l’outil industriel d’Aquasource situé à Toulouse produit indifféremment des fibres dans les deux matériaux polysulfone hydrophile et tri-acétate de cellulose. Chacun de ces matériaux dispose de ses avantages propres comme on l'a vu ci-dessus. Les racks peuvent être équipés avec l'un ou l’autre de ces matériaux, selon les caractéristiques de l'eau à traiter et les choix de filière du constructeur traiteur d’eau. La capacité d’Aquasource à fabriquer deux matériaux membranaires autorise un positionnement de sa technologie dans des filières courtes, plutôt nord-américaines (derrière décantation), aussi bien que dans des filières longues, plutôt européennes (en affinage).
Ainsi, les choix stratégiques faits par l’entreprise garantissent aujourd’hui un accès à tous les marchés d’ultrafiltration, quelles que soient la clientèle, la situation géographique, la filière ou la taille des projets.
