Formation des sous-produits de désinfection réglementés et émergents lors du traitement de l'eau par chloration

Introduction

Le traitement des eaux potables par chloration, technologie utilisée mondialement pour garantir la sécurité microbiologique, est cependant reconnu pour la production de sous-produits de désinfection (DBPs). Ces composés, qu'ils soient réglementés ou émergents, concernent fortement les experts des domaines de la santé publique et du traitement de l'eau.

Principes de la chloration et origine des DBPs

La chloration repose sur l'ajout de chlore dans les eaux brutes afin d'éliminer les agents pathogènes. Cependant, la réaction du chlore avec la matière organique naturelle (NOM), les bromures et autres précurseurs conduit à la formation de divers DBPs. Ces sous-produits incluent des composés bien identifiés, comme les trihalométhanes (THM) et les acides haloacétiques (HAA), mais également des composés nouvellement identifiés qui soulèvent des inquiétudes supplémentaires.

Sous-produits réglementés : nature et cinétique de formation

Les THM (chloroforme, bromodichlorométhane, dibromochlorométhane, bromoforme) ainsi que les HAA figurent parmi les DBPs les plus surveillés. Leur formation dépend fortement des paramètres suivants :

• Concentration et nature de la NOM
• Présence et type d'halogènes (chlore, brome, iode)
• Température de l'eau
• pH
• Durée de contact et dose de chlore

La cinétique de réaction détermine la composition finale du mélange de DBPs. Les conditions favorisant l’incorporation du brome, en particulier à forte salinité, aboutissent à la formation de dérivés bromo-organohalogénés, jugés plus toxiques que leurs homologues chlorés.

Émergence des DBPs non réglementés

En parallèle des composés strictement réglementés, des centaines de DBPs non réglementés ont été identifiés à ce jour. Sont notamment mentionnés :

• Halokétones
• Cyanogéniques (cyanure, cyanates)
• N-nitrosamines
• Composés iodés

Ces composés résultent d’interactions complexes entre le chlore, la matière organique et d'autres précurseurs particuliers. La littérature récente précise leur formation préférentielle en présence de certains composants azotés et/ou lors de traitements secondaires (chloramination, ozonation).

Facteurs influant sur la formation des DBPs

La multiplicité des paramètres aggravants impose une approche multidisciplinaire à la maîtrise des DBPs :

• Caractéristiques intrinsèques des eaux brutes : Richesse en précurseurs organiques, teneur en bromure ou en iode.
• Procédés de prétraitement : Coagulation, filtration avancée, qui peuvent réduire la charge en précurseurs.
• Stratégies d’oxydation : Variabilité des dosages, techniques combinées (préoxydation, post-traitements), adaptation du pH et de la température.

La recherche récente souligne l’influence déterminante de la nature de la NOM (fraction hydrophile/hydrophobe, structure aromatique) sur la diversité des DBPs générés. Les eaux riches en fractions hydrophobes aromatiques favorisent nettement la formation de THM et HAA.

Conséquences sanitaires et réglementations

L'exposition chronique aux DBPs s’est avérée associée à des risques accrus pour la santé humaine, notamment pour :

• Cancers (vessie, côlon, rectum)
• Dysfonctions du système reproducteur
• Effets sur le système immunitaire

Face à ces dangers, des limites strictes (ex. 100 µg/L pour les THM totaux dans l’Union européenne) ont été imposées. La problématique des DBPs non réglementés demeure cependant en suspens, faute de données toxicologiques robustes et de protocoles analytiques harmonisés.

Voies de réduction et alternatives à la chloration

Pour minimiser l’exposition des populations, l’industrie explore activement :

• Optimisation du traitement de l’eau : Limitation de la dose de chlore, emploi de désinfectants alternatifs (ozone, dioxyde de chlore, UV)
• Procédés de pré-oxydation : Élimination proactive des précurseurs organiques
• Point d’application du chlore : Application en fin de chaîne pour limiter la durée de contact

Des recherches s’attachent aussi à mieux caractériser les fractions moléculaires spécifiques de la NOM responsables de la formation accrue des DBPs et à affiner les modèles cinétiques pour prédire leur apparition et optimiser les procédés de traitement.

Perspectives et enjeux futurs

L’identification de nouvelles familles de DBPs, l’évaluation de leur toxicité et leur prise en compte au sein des référentiels réglementaires s’imposent comme des enjeux majeurs pour la décennie à venir. La montée en puissance de la spectrométrie de masse haute résolution et d’autres techniques analytiques avancées permettra d’enrichir la cartographie des contaminants secondaires issus de la chloration.

En synthèse, la maîtrise des DBPs, qu’ils soient réglementés ou émergents, constituera un défi central pour les professionnels du traitement de l’eau, exigeant une approche systémique, une veille scientifique constante et le développement de solutions technologiques adaptées.

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135425018998