Le système de valorisation des eaux usées municipales de la région de Dan est le plus grand dispositif de ce genre au monde. Il consiste en installations de traitement (et de recharge dans les eaux souterraines) des eaux usées municipales de la zone métropolitaine de la région de Dan — une agglomération de 8 villes centrées autour de Tel-Aviv, en Israël, regroupant une population d’environ 1,5 million d’habitants. Ce projet a été conçu dans le but de collecter, traiter et évacuer les eaux usées municipales. Après un séjour relativement long dans l’aquifère, les effluents régénérés sont pompés pour être utilisés sans restriction dans l’agriculture, irriguant la région aride du Néguev dans la partie méridionale d’Israël. Un schéma général du projet est donné à la figure 55.20. Celui-ci a été établi dans les années soixante et a été continuellement étendu. A l’heure actuelle, on collecte et traite environ 110 millions de m3 par an. D’ici à quelques années, au stade final, on traitera de 150 à 170 millions de m3 par an.

On sait que les installations de traitement des eaux usées créent une multitude de problèmes pour l’environnement et la santé des travailleurs. Le projet de la région de Dan est unique en son genre et revêt un intérêt pour tout le pays; il permet de réaliser des économies considérables sur les ressources en eau, a une grande efficacité de traitement et produit de l’eau à peu de frais, sans présenter de risques excessifs pour les travailleurs.

Tout au long de la conception, de l’installation et de l’exploitation normale du projet, on a tenu compte avec soin des exigences relatives à l’assainissement de l’eau et à l’hygiène du travail. Toutes les précautions voulues ont été prises pour que les eaux usées récupérées soient pratiquement aussi sûres que de l’eau potable ordinaire au cas où les gens viendraient à les boire ou à les avaler accidentellement. De même, on s’est soucié comme il convient de réduire au minimum tout risque d’accidents ou d’autres dangers biologiques, chimiques ou physiques auxquels pourraient être exposées les personnes travaillant à l’installation de traitement des eaux usées elle-même ou aux activités liées à l’évacuation et à l’utilisation agricole des eaux régénérées.

Lors de la première étape du projet, les eaux usées ont été traitées biologiquement dans un ensemble de bassins d’oxydation avec recirculation et par un procédé de traitement chimique additionnel au calcaire-magnésium, suivi du séjour des effluents à pH élevé dans des «bassins de polissage». Les effluents partiellement traités ont été rechargés dans l’aquifère régional au moyen des bassins d’épandage sur le site de Soreq.

Dans la deuxième étape, les eaux usées envoyées à l’installation de traitement subissent un processus physique et biologique par un procédé à boues activées avec nitrification-dénitrification. L’effluent secondaire est rechargé dans la nappe souterraine au moyen des bassins d’épandage de Yavneh 1 et Yavneh 2.

L’ensemble du dispositif est formé d’un certain nombre d’éléments qui se complètent mutuellement:

•   un ensemble de traitement des eaux usées, formé d’un dispositif à boues activées (installation physique et biologique), qui traite la plupart des effluents, et d’un système de bassins d’oxydation et de polissage servant principalement au traitement des quantités excédentaires d’eaux usées;
•   un système de recharge de la nappe souterraine pour les effluents traités, consistant en bassins d’épandage à deux emplacements différents (Yavneh et Soreq) qui sont inondés par intermittence; les effluents absorbés traversent la zone non saturée du sol et une portion de l’aquifère, créant ainsi une zone spéciale qui est consacrée au traitement complémentaire des effluents et au stockage saisonnier, appelé SAT (Soil-Aquifer Treatment);

•   des réseaux de puits d’observation (au total, 53 puits), qui entourent les bassins de recharge et permettent de surveiller l’efficacité du processus de traitement;
•   des réseaux de puits de récupération (au total, 74 puits actifs en 1993), qui entourent les sites de recharge;
•   une conduite spéciale et distincte d’apport de l’eau régénérée en vue de l’irrigation sans conditions restrictives des zones agricoles du Néguev; cette conduite, la «troisième ligne du Néguev», complète le système de distribution de la région, qui comprend deux autres grandes conduites de distribution d’eau douce;

•   une installation de chloration des effluents, comprenant actuellement 3 emplacements de chloration (2 autres s’y ajouteront par la suite);
•   six réservoirs de régulation le long du système de distribution, qui contrôlent le volume d’eau pompé et consommé le long du réseau;
•   un réseau de distribution des effluents, comprenant 13 grands secteurs de pression le long de la conduite principale, qui distribue l’eau traitée aux utilisateurs;
•   un système intégré de surveillance qui supervise et gère le fonctionnement intégral du projet.

Le plan général du système de régénération est présenté à la figure 55.20 et le diagramme d’écoulement à la figure 55.21. Le système est formé des ouvrages suivants: installation de traitement des eaux usées, champs de recharge de l’eau, puits de récupération, réseau de transport et de distribution, dispositif de chloration et système intégré de surveillance.

L’installation de la zone de la région métropolitaine de Dan reçoit les eaux de 8 villes de la région et traite aussi une partie de leurs effluents industriels. Elle est située sur les dunes de sable de Rishon-Leziyyon et consiste principalement en un traitement secondaire des effluents par boues activées. Une partie des effluents, surtout lorsque les rejets atteignent un débit de pointe, est traitée dans un autre réseau d’étangs d’oxydation plus ancien qui occupe 120 hectares. Ensemble, les deux réseaux traitent actuellement environ 110 millions de m3 par an.

Les effluents provenant de l’installation de traitement sont pompés vers 3 lieux différents situés dans les dunes de sable de la région, où ils sont épandus sur le sable et s’infiltrent dans l’aquifère pour y être stockés temporairement et y subir un traitement additionnel qui est fonction du temps. Deux des sites d’épandage reçoivent les effluents de l’installation de traitement biomécanique. Ce sont les bassins de Yavneh 1 (24 hectares, à 7 km au sud de l’installation) et de Yavneh 2 (18 hectares, à 10 km au sud de l’installation); le troisième site est réalimenté par les effluents des étangs d’oxydation, ainsi que par une partie du débit provenant de l’installation de traitement biomécanique, ce qui est nécessaire pour améliorer la qualité des effluents et la porter au niveau requis. Il s’agit du site de Soreq, qui a une superficie d’environ 24 hectares et se trouve à l’est des étangs.

Autour des sites d’alimentation se trouvent des réseaux de puits d’observation qui permettent de repomper l’eau qui a été rechargée. Les 74 puits en exploitation en 1993 n’ont pas tous été actifs pendant toute la durée du projet. En 1993, le réseau des puits a permis de récupérer au total environ 95 millions de m3 d’eau qui ont été pompés dans la troisième conduite du Néguev.

L’eau extraite par pompage des différents puits de récupération est envoyée dans le réseau de transport et de distribution de la troisième conduite. Le réseau de transport se compose de 3 sections d’une longueur totale de 87 km et d’un diamètre variant entre 120 cm et 175 cm. Le long de ce réseau, on a construit 6 réservoirs d’exploitation «à l’air libre» sur la conduite principale, pour régler le débit du système. Le volume utile de ces réservoirs est compris entre 10 000 et 100 000 m3.

L’eau de la troisième conduite a été distribuée aux consommateurs en 1993, grâce à un réseau de 13 grands secteurs de pression. De nombreux utilisateurs, principalement des agriculteurs, y sont reliés.

La chloration réalisée dans le dispositif de la troisième conduite vise à «couper la connexion humaine», c’est-à-dire à éliminer toute possibilité d’existence de micro-organismes d’origine humaine dans l’eau de cette conduite. Tout au long de la surveillance exercée, on a constaté une augmentation considérable des micro-organismes fécaux pendant le séjour de l’eau régénérée dans les réservoirs d’eau. Il a donc été décidé d’ajouter de nouveaux points de chloration le long de la canalisation et, dès 1993, 3 points distincts fonctionnaient régulièrement. Deux autres vont être ajoutés au système dans un proche avenir. La teneur résiduelle varie de 0,4 à 1,0 mg/litre de chlore libre. Cette méthode, qui consiste à maintenir de faibles concentrations de chlore libre à différents points du système, plutôt qu’une dose unique massive à l’entrée de la conduite, assure la coupure de la connexion humaine tout en permettant aux poissons de vivre dans les réservoirs. En outre, cette méthode de chloration désinfecte l’eau dans les sections situées en aval du réseau de transport et de distribution au cas où des polluants pénétreraient dans le système à un endroit situé en aval du point de chloration initial.

Le système de régénération de la troisième conduite du Néguev dépend du fonctionnement permanent d’un dispositif de surveillance qui est contrôlé par un organisme scientifique indépendant, l’Institut de recherche et de développement de l’Institut technologique israélien Technion (Research and Development Institute of the Technion — Israel Institute of Technology), à Haïfa.

L’établissement d’un organisme indépendant de surveillance était une exigence absolue du ministère de la Santé d’Israël, qui est l’autorité juridique compétente en vertu de l’ordonnance de la santé publique d’Israël. La nécessité de ce dispositif de surveillance résulte des faits suivants:

1. Le projet de régénération des eaux usées est le plus grand au monde.
2. Il comprend quelques éléments inhabituels qui n’ont pas encore été expérimentés.
3. L’eau régénérée doit servir à irriguer sans restriction les terres de culture.

Le système de surveillance a donc pour rôle principal de garantir la qualité chimique et sanitaire de l’eau fournie et de lancer des mises en garde en cas de modification de sa qualité. En outre, l’organisme de surveillance fait une étude de suivi de l’ensemble du projet de régénération, en examinant aussi certains aspects comme le fonctionnement normal de l’installation et la qualité biochimique de son eau. Cette étude est nécessaire pour déterminer si l’eau de la troisième conduite se prête à l’irrigation sans restriction, non seulement sur le plan sanitaire, mais également du point de vue agricole.

Le dispositif préliminaire de surveillance a été conçu et réalisé par la société Mekoroth, la principale entreprise de distribution d’eau en Israël et l’exploitant du projet de la région de Dan. Un comité directeur spécialement désigné a examiné périodiquement le programme de surveillance et l’a modifié en fonction de l’expérience acquise lors de l’exploitation courante. Le programme de surveillance portait sur les divers points de prélèvement d’échantillons situés le long du réseau de la troisième conduite, les divers paramètres étudiés et la fréquence des échantillonnages. Le dispositif préliminaire portait sur les différents ouvrages du système, à savoir les puits de récupération, la conduite de transport, les réservoirs, un certain nombre de connexions avec les consommateurs et la présence de puits d’eau potable à proximité de l’installation d’épuration. La liste des paramètres inclus dans le programme de surveillance de la troisième conduite est donnée au tableau 55.16.

Le programme d’échantillonnage des puits de récupération repose sur la mesure, deux ou trois fois par mois, d’un petit nombre de «paramètres indicatifs» (voir tableau 55.17). Lorsque les concentrations de chlorures de l’eau du puits où l’échantillon a été prélevé dépassent de plus de 15% les valeurs initiales à ce même puits, on en conclut que le pourcentage d’effluents récupérés dans l’eau de l’aquifère a «sensiblement» augmenté et le puits est transféré dans la catégorie suivante d’échantillonnage. Ici, on détermine tous les trois mois 23 «paramètres caractéristiques». Dans certains des puits, on fait chaque année une étude complète de l’eau portant sur 54 paramètres différents.

Le système de transport, long de 87 km, est surveillé en 7 points centraux le long de la canalisation d’eaux usées. A ces points, 16 paramètres différents font l’objet d’un échantillonnage une fois par mois. Ce sont: PHFD, DO, T, EC, SS100, SS550, UV, TURB, NO3–, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL et ENTR. Les paramètres pour lesquels on ne prévoit pas de changements le long du réseau ne sont mesurés qu’à 2 points d’échantillonnage — à l’entrée et à l’extrémité de la conduite de transport. Ce sont: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO4–2, NH4+, NO2– et MBAS. En ces deux points, on prélève une fois par an divers métaux lourds (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

Le dispositif de surveillance des réservoirs de la troisième conduite repose essentiellement sur l’examen d’un nombre limité de paramètres qui servent d’indicateurs du développement biologique dans les réservoirs et révèlent la présence de polluants extérieurs. Cinq réservoirs font l’objet de prélèvements d’échantillons, une fois par mois, pour: PHFD, T, DO, SS totaux, SS volatils, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP et ALG. Dans ces 5 réservoirs, on prélève également tous les deux mois la silice. Tous ces paramètres sont également relevés six fois par an dans les échantillons d’un autre réservoir, Zohar B.

Le projet de la région de Dan fournit une eau régénérée de haute qualité pour l’irrigation sans restriction du Néguev israélien.

La première étape de ce dispositif est exploitée partiellement depuis 1970 et complètement depuis 1977. De 1970 à 1993, un volume total de 373 millions de m3 d’eaux usées brutes a été envoyé aux étangs d’oxydation facultative et un volume total de 243 millions de m3 d’eau a été pompé à partir de l’aquifère au cours de la période 1974-1993 et distribué au sud du pays. Une partie de l’eau s’est perdue, principalement sous l’effet de l’évaporation et de l’écoulement par infiltration à partir des étangs. En 1993, ces pertes se sont élevées à environ 6,9% des eaux usées brutes envoyées à l’installation de la première étape (Kanarek, 1994).

L’installation de traitement biomécanique, deuxième étape, est en exploitation depuis 1987. Au cours de la période d’exploitation 1987-1993, un volume total de 478 millions de m3 d’eaux usées brutes a été envoyé à l’installation de traitement biomécanique. En 1993, environ 103 millions de m3 (95 d’eau régénérée, plus 8 d’eau potable) ont été transportés par le réseau et utilisés pour l’irrigation du Néguev sans conditions restrictives.

L’eau des puits de récupération indique la qualité de l’eau de l’aquifère souterrain. Cette qualité varie tout le temps sous l’effet des effluents qui y pénètrent par percolation. La qualité de l’eau de l’aquifère est proche de celle des effluents pour les paramètres qui ne sont pas affectés par les processus de traitement sol-aquifère, tandis que les paramètres qui sont influencés par le passage à travers les couches du sol (par exemple, turbidité, matières en suspension, ammoniac, carbone organique dissous, etc.) présentent des valeurs nettement plus faibles. Il convient de noter que la teneur en chlorures de l’eau de l’aquifère a augmenté de 15 à 26% au cours d’une période de 4 ans, comme le montre le changement de qualité dans les puits de récupération. Ce changement indique que l’eau de l’aquifère est continuellement remplacée par les effluents dont la teneur en chlorures est nettement plus élevée.

La qualité de l’eau des 6 réservoirs du système de la troisième canalisation est influencée par les modifications biologiques et chimiques qui se produisent dans les réservoirs à l’air libre. La teneur en oxygène augmente sous l’effet de la photosynthèse des algues et de la dissolution de l’oxygène atmosphérique. Les concentrations de divers types de bactéries ont également augmenté en raison de la pollution non contrôlée due à la faune aquicole résidant à proximité des réservoirs. La qualité de l’eau fournie aux consommateurs le long du réseau dépend de celle de l’eau provenant des puits de récupération et des réservoirs. La chloration obligatoire de l’eau du réseau offre une garantie supplémentaire au cas où on l’utiliserait par erreur comme eau potable. Si l’on compare les données relatives à l’eau de la troisième conduite avec les exigences du ministère de la Santé d’Israël en matière de qualité des eaux usées à utiliser à des fins agricoles sans restriction, on constate que, la plupart du temps, la qualité de l’eau est entièrement conforme à ces exigences.

En conclusion, on peut dire que le système de récupération et d’utilisation des eaux usées de la troisième conduite est une réussite israélienne au niveau environnemental et national. Il a résolu le problème de l’élimination sanitaire des eaux usées de la région de Dan tout en augmentant le bilan hydrique national d’environ 5%. Dans un pays aride comme Israël, où la distribution d’eau, spécialement à des fins agricoles, est très limitée, il s’agit là d’une contribution non négligeable.

Le coût du fonctionnement et de l’entretien des installations de recharge des eaux régénérées s’est élevé en 1993 à environ 3 cents E.-U. par m3 (0,093 NIS/m3).

Le système fonctionne depuis la fin des années soixante sous la surveillance étroite du ministère de la Santé d’Israël et du département de la sécurité et de la santé au travail de la société Mekoroth. Aucun cas de maladie professionnelle liée au fonctionnement de ce système complexe n’a été signalé jusqu’ici.