PREMIÈRE PARTIE

HYDROLOGIE

omettant à dessein les nouveaux procédés biologiques, dont il sera question plus loin, et qu'on applique depuis peu au traitement des eaux résiduaires des villes et des usines, mais qu'on n'a pas encore employés à celui des eaux naturelles.

Dans la première catégorie — procédés mécaniques — viennent se ranger :

Vagitation^ qui comporte diverses modalités, soit qu'on divise l'eau en minces filets ou qu'on la fasse tomber en pluie, de manière à offrir une grande surface à l'action de l'air, pour l'aérer, pour oxyder certaines substances en dissolution, comme le soufre, le fer, les matières organiques, etc., soit qu'on la fasse passer par des appareils animés d'un mouvement rapide, tels que les essoreuses à force centrifuge par exemple, pour la débarrasser des particules en suspension ;

la décantation^ qui consiste à supprimer totalement ou à réduire à de faibles proportions la vitesse dont Teau est animée, afin d'y faire prédominer l'action de la pesanteur, d'où résulte bientôt le dépôt des matières en suspension, par ordre de grosseur et de densité, des plus lourdes et des plus grossières d'abord, puis, mais avec une lenteur croissante, des plus légères et des plus ténues, le dépôt des microbes eux-mêmes, qui sont des corps pesants, mais d'un poids spécifique probablement peu différent de celui de l'eau, à part certaines substances qui résistent à la sédimentation et demeurent en suspension, presque indéfiniment, ainsi qu'on l'a observé pour les eaux blanches des étangs qui alimentent les pièces d'eau du parc de Versailles ;

la filtration, dont l'objet est de faire passer l'eau à travers une masse poreuse, à grains d^autant plus fins qu'on veut obtenir un résultat plus parfait, et pour laquelle on a fait emploi des matières les plus diverses, soit minérales (pierres, sable, terre cuite, porcelaine dégourdie, amiante, terre d'infusoires, etc.), soit organiques (éponges, feutre, charbon de bois, charbon animal, laine, cellulose, etc.), mais généralement choisies parmi celles qui se montrent inertes en présence de l'eau et des diverses substances qu'elle tient en dissolution.

Parmi les procédés physiques^ ceux qui mettent en œuvre la chaleur remontent fort loin dans la suite des temps :

la distillation est le procédé classique pour épurer l'eau de manière complète, eu la débarrassant de toutes matières solides en suspension ou en dissolution, il est employé dans les laboratoires comme dans les pharmacies, sur les navires et dans les porls ;

Yébullition, en usage depuis Tanliquité chez certains peuples et notamment en Chine, où Ton ne boit guère d'eau qu'après ravoir fait bouillir et aromatisée par l'addition de feuilles de thé, est une vieille pratique, dont la découverte des microbes est venue démontrer le bien fondé, puisqu'en la prolongeant durant quinze à vingt minutes on débarrasse l'eau de 995/1000 des microorganismes qu'elle contient ; en poussant quelque temps réchauffement jusqu'à 120°, on obtient la destruction des spores, des germes les plus résistants et par suite la stérilisation complète. L'inconvénient est d'obliger à opérer en vase clos sous pression, la difficulté de maintenir l'eau aérée et de la ramener à sa température primitive : on y parvient, dans les appareils Herscher et Rouart, Vaillard et Desmaroux, grâce aux échan" geurs, sortes de caisses que parcourt l'eau froide, avant de parvenir à la chaudière, et oii elle s'échauffe au contact de serpentins, par où s'écoule et dans lesquels se refroidit l'eau stérilisée.

Depuis peu, un autre agent physique, V électricité, a été mis à son tour à contribution. Mais les diverses tentatives d'application directe n'ont pas donné jusqu'à présent de résultats pratiques. Par contre, on a obtenu quelques succès par voie indirecte, notamment en transformant, par l'intermédiaire d'effluves électriques, produites au moyen de courants à très haute tension, l'oxygène de l'air en ozone^ et mettant ce gaz, dont Ohlmuller a signalé en 1893 l'action destructive sur les matières organiques et les microbes, en contact avec l'eau qu'on se propose d'améliorer : les premiers essais en grand de l'épuration des eaux par l'ozone, dus au baron hollandais Tindal, remontent à 1895; ils ont été renouvelés à Saint-Maur en 1898 ; le procédé a été depuis amélioré par M. de Frise, tandis qu'il était repris et modifié à Lille par MM. Marmier et Abraham, par M. Otto à Paris, puis à Berlin par la maison Siemens, qui, après des expérietices réussies à Martinikenfelde, a créé deux usines de traitemont à Wiesbaden et à Paderborn.

Oq peut dire que les procédés chimiques remouteut également à une haute antiquité, puisque certaines substances, comme l'alun^ sont employées depuis un temps immémorial, dans plus d'une contrée, pour la purification des eaux de boisson. Mais, par suite des progrès de la chimie au xixe siècle et grâce à la variété des réactifs dont elle dispose aujourd'hui, ces procédés sont devenus légion et ont donné lieu à des applications innombrables. Tantôt ils ont pour effet la prodoclion d'un précipité gélatineux ou floconneux, qui, en gagnant le fond des bassins de traitement, entraîne avec lui les matières en suspension et réalise de la sorte une rapide clarification : Femploi de l'alun, celui des sels de fer ou du sulfate d'alumine, qui est extrêmement répandu dans la pratique, sont dans ce cas. Tantôt il s'agit de réduire la teneur de l'eau en sels dissous, en sels terreux particulièrement, et Ton y parvient par l'addition de chaux, de baryte, de soude ; ou de réaliser Toxydation des matières organiques, par l'usage des permanganates de potasse, de chaux, etc. ; ou de détruire les microbes, au moyen de la chaux, du sublimé, de l'acide borique, de composés oxygénés du chlore, etc. Les divers réactifs peuvent être employés isolément ou simultanément, suivant les résultats qu'on veut obtenir; il faut dans chaque cas faire un choix judicieux parmi ces réactifs, éviter par exemple pour l'épuration des eaux de boisson les substances toxiques, comme la baryte et le sublimé, ou seulement dangereuses, comme la soude, l'alun, qui peuvent trouver au contraire des applications dans l'industrie. Presque toujours, le traitement comporte une opération nécessaire : décantation, filtrage^ etc., pour débarrasser l'eau du précipité qui s'y est formé, puis assez souvent une seconde opération, qui a pour objet de revivifier les réactifs en vue d'un nouvel emploi.

Par les procédés mixtes, on a cherché à obtenir des effets plus complets, en combinant entre eux plusieurs des moyens classés dans les trois catégories précédentes. A la rigueur, on pourrait y rattacher à peu près tous les systèmes qui sont entrés dans la pratique courante, car il n'en est guère oii l'on n'ait pas à relever en fait, à côté de l'opération principale, une ou plusieurs opérations accessoires d'ordre analogue ou différent : on vient de

montrer, par exemple, qu'après une précipitation chimique il y a presque toujours lieu de recourir à un procédé mécanique, pour la séparation du précipité ; dans le traitement par Tozone, où un agent physique, Télectricité, joue le rôle principal il y a finalement une oxydation active, qui est évidemment une action chimique ; dans le filtrage même, à côté de l'effet mécanique qui domine, on constate aussi des etïets accessoires de caractère chimique ou biologique. Il est préférable de réserver la désignation spéciale de procédés mixtes à ceux qui résultent de combinaisons voulues, dans lesquelles on fait entrer délibérément plusieurs modes distincts de traitement, pour constituer une méthode complexe, comprenant au moins deux opérations d'importance analogue- Tel est le cas des procédés américains de filtrage rapide, oii le passage de Teau à travers une masse poreuse, qui constitue le filtrage proprement dit, est toujours précédé de Temploi d'un « coagulant ))^ c'est-à-dire d'un réactif chimique destiné à en hâter l'effet. Le procédé Anderson, appliqué par la Compagnie générale des eaux dans ses usines de Boulogne-sur-Seine, Ghoisy-le-Roi, Neuilly-sur- Marne, en peut être rapproché, puisqu'il comporte, avant le filtrage sur sable fin, l'agitation de l'eau en présence de rognures de fer dans un cylindre tournant, dit revolver, puis la chute de cette même eau en cascade, en vue d'y produire des sels de fer, destinés à favoriser la précipitation des matières en suspension, et à former avec elles, sur le filtre, une couche gélatineuse, qui paraît jouer un rôle important dans l'épuration finale. Mixte aussi le procédé Maignen, qu'on a expérimenté à Cherbourg et à Saint-Maur, et oii un filtrage sur la toile d'amiante est précédé du passage de l'eau à travers des grains de carbo-calcis, mélange « d'anticalcaire » et de charbon animal ; mixtes encore les procédés Bergé, oii l'eau est traitée par le peroxyde de chlore, après avoir traversé un filtre grossier, ou Duyk, qui comporte un filtrage analogue, mais venant après l'introduction des réactifs, perchlorure de fer et hypochlorite de chaux.

Traitement fies eati3K indastrielles. — Le problème de l'amélioration des eaux naturelles destinées aux usages

industriels est relativement simple, parce qu'on connaît de façon précise par avance le résultat qu'il s^agit d'obtenir et qu'on n'a pas en général à se préoccuper des conséquences de l'emploi de tel ou tel réactif : il se réduit le plus souvent à chercher, parmi les procédés appropriés, celui dont Inapplication sera la plus commode et la moins dispendieuse.

Les moyens mécaniques répondent fréquemment à cette double condition : l'agitation, par exemple, la chute de l'eau en cascade ou en pluie, sur des accumulations de branchages ou de moellons, l'essorage, le filtrage rapide sur des masses poreuses à gros grains, avec dispositif de nettoyage par renversement du courant, etc. La simple décantation, soit intermittente et au moyen de quatre bassins au moins dont un en remplissage, un en vidage, un au repos, un en nettoyage, soit continue avec deux bassins seulement ou même un seul, si l'on peut organiser l'enlèvement des dépôts durant la marche de l'opération, rend de grands services dans les usines : on la facilite parfois par des chicanes convenablement disposées ; si la tranche d'eau est épaisse (2 à 4 mètres), il est à recommander de combattre l'effet des variations de température, en obligeant l'eau, par l'interposition d'une cloison mobile, à remonter vers la surface en hiver, à descendre vers le fond en été, avant de gagner les orifices ou déversoirs de sortie.

Parmi les procédés chimiques qui ont reçu le plus d'applications dans l'industrie, il convient de mentionner au premier rang ceux qui ont pour objet l'abaissement du titre hydrotimétrique de l'eau. On obtient souvent ce résultat par une simple addition de chaux, qui transforme le bicarbonate soluble en carbonate neutre insoluble : le procédé Clark, très répandu en Angleterre et basé sur cette réaction, consiste dans l'addition d'un lait de chaux à l'eau soumise au traitement, qu'on laisse ensuite reposer dans un réservoir ; la lenteur avec laquelle se forme le dépôt est un inconvénient, qu'on a corrigé par divers dispositifs (Porter, Atkins, etc.). Dans le procédé Gaillet et Huet, c'est encore la chaux qui est le réactif principal, mais additionnée d'un peu de soude, et le dépôt du précipité est facilité par des plateaux inclinés qui le rejettent dans un collecteur, suivi d'un filtre gros-

sier ; Fappareil Desrumoaux est une variante de ce système ; le procédé à l'anticalcaire, de M. Burlureaux, comporte l'emploi d'un mélange de chaux, de carbonate de soude et d'alun, dont la formule varie suivant la nature de l'eau à traiter.

'S'I. Traite iBient des eauiL d'alienentatioaa. — Beaucoup plus délicat est le traitement des eaux destinées à l'alimentation, qui, pour ne pas enfreindre les règles d'une hygiène bien entendue, demande un choix judicieux des moyens, et qui, mal conçu ou mal appliqué, peut devenir plus dangereux qu'utile. L'emploi des substances chimiques n'y va pas sans causer quelque appréhension, car on peut craindre que telle de ces substances n'ait par l'eau de boisson une influence fâcheuse sur l'organisme. Quel que soit le procédé choisi, il ne faut pas oublier d'ailleurs que, pour être efficace, il doit demeurer l'objet constant de soins minutieux, et réclame une surveillance intelligente et attentive sans cesse en éveil.

Quant au but qu'on se propose d'atteindre, il est aujourd'hui tout autre qu'à l'origine, et les exigences à cet égard ont singulièrement augmenté dans les derniers temps. Tant qu'on n'a su reconnaître la valeur hygiénique d'une eau que d'après ses propriétés organoleptiques, on n'a eu en vue que la clarification des eaux ; on se contentait de leur restituer la limpidité, signe apparent mais trompeur de leur pureté: c'est l'époque où, dans les fontaines marchandes de Paris, on filtrait l'eau de rivière en la faisant passer à travers des corps quelconques à pores plus ou moins grossiers (éponges, gravier, charbon, laine tontisse, limaille de fer, elc.) ; c'est d'après cette même conception qu'à Marseille on se bornait à soumellre les eaux de la Durance à une simple décantation. Les progrès de l'analyse chimique ont fait entrer ensuite en ligne de compte des vues différentes, et l'on s'est pris à chercher la réduction, dans les eaux, des proportions de sels calcaires ou de matières organiques. Puis l'apparition de la micrographie a conduit à donner une importance prépondérante à la teneur bactérienne et à rechercher avant tout les moyens de retenir les microorganismes par filtrage à travers des substances à pores extrêmement fins ou de les détruire radi-

calement par des procédés physiques ou chimiques de stérilisation. De là successivement une vogue éphémère, un engouement passager pour tel ou tel système, tel ou tel dispositif, qui ne tardait pas ensuite à être remplacé par quelque autre dans la faveur de l'opinion.

Grâce aux notions plus exactes qu'on possède maintenant à cet égard, on n'emploie plus, pour le filtrage des eaux, de substances capables de fournir aux microorganismes un milieu de culture et d'en favoriser la multiplication ; en particulier, on proscrit toute matière organique, comme les éponges, le feutre, la laine...; le discrédit dans lequel est tombé le charbon, comme matière filtrante, s'explique pour le même motif. On sait d'autre part qu'il n'est point de substance poreuse, quelle qu'en soit la finesse, qui ne se laisse tôt ou tard pénétrer par les microbes ; d'oii la nécessité de nettoyages périodiques, à défaut desquels l'appareil le plus parfait au début viendrait au bout de peu de temps à refuser le service ou à gâter l'eau au lieu de l'améliorer, et qu'il importe en conséquence de rendre aussi faciles que possible, par des dispositions appropriées. Les détails mêmes des appareils doivent être d'ailleurs étudiés avec un soin minutieux^ afin d'empêcher que l'eau non épurée ne puisse se glisser par quelque fissure : il y a là en effet un danger d'autant plus redoutable qu'il se présente insidieusement et laisse subsister aisément une sécurité trompeuse. Et comme, malgré toutes les précautions, on ne saurait jamais obtenir à cet égard des garanties absolues, on en vient à considérer les meilleurs procédés de filtrage comme imparfaits, et l'on songe, pour les compléter, à la stérilisation parla chaleur, par l'ozone, par les moyens chimiques...

Les changements survenus dans les idées relatives à l'amélioration des eaux naturelles ont eu pour conséquence obligée la transformation successive des appareils usités dans la pratique. k.\?i fontaine filtrante^ sorte de réservoir contenant une cloison en pierre poreuse, qui remonte au xvni'' siècle et dont l'emploi est demeuré général à Paris jusqu'au dernierquart du xix^, se sont substitués d'abord des filtres à basse pression, oii les éponges, le charbon, le sable, jouaient le principal rôle ; puis est apparue la

bougie Chamherland ^ en porcelaine dég-ourdie, bientôt suivie d'autres appareils du même genre, tels que le filtre Berkefeld en terre d'infusoires, le filtre Breyerh micromembrane d'amiante, qui fonctionne sous pression et donne une stérilisation presque complète, mais ne comporte qu'un faible débit et demande des soins assidus^ des nettoyages très fréquemment renouvelés ; la difficulté d'en maintenir indéfiniment les bons effets lui a fait souvent préférer l'ébullition ou mieux encore la stérilisation, en vue de la(juelle on a créé récemment des types pratiques d'appareils destinés à Tusage domestique.

Pour les installations considérables que comportent les distributions d'eau urbaines, et dont l'emploi devrait être général dans toutes les villes qui ne disposent pas d'eaux naturellement pures — en vertu de cette règle si sage, posée par Belgrand, que l'eau doit parvenir aux robinets de puisage dans Tétat même oii elle peut être consommée — les changement ont été beaucoup moindres. C'est en etlet jusqu'à ce jour le filtre continu sur couche de sable fin, établi pour l'une des compagnies de Londres (Ghelsea) en 1829 par l'ingénieur Simpson, qui est demeuré le système de beaucoup le plus répandu, grâce, il faut le dire, à la souplesse merveilleuse avec laquelle ce type d'appareil s'est prêté aux exigences nouvelles de Fhygiène. D'autres procédés sans doute ont été proposés en grand nombre et ont même subi l'épreuve de l'expérience; mais aucun ne l'a détrôné ; le type mixte, dit filtre rapide, qui, après s'être multiplié sous diverses formes aux Etats-Unis, a trouvé des applications en Egypte, à Trieste, etc., et qui, tenant peu de place, se nettoyant aisément par simple renversement du courant, a rendu de grands services, surtout lorsque les eaux à filtrer sont très chargées de matières en suspension, ne semble cependant pas avoir donné pour le cas général de résultats supérieurs, puisque, tout récemment, des villes américaines importantes, Albany, Philadelphie, Washington, sont revenues aux filtres lents à sable fin ; le système Anderson, qui s'en rapproche, s'est localisé aux environs de Paris; le filtrage intermittent, appliqué à Lawrence (Massachusetts) et qui met en œuvre les actions biologiques, ne paraît pas avoir reçu d'autres applications en grand pour la fourniture des

eaux potables ; le filtrage continu sur sable non submergé, imaginé par MM. P. Miqiiel et H. Mouchel, en est encore à la période des tâtonnements ; enfin des circonstances topographiques et géologiques toutes spéciales sont nécessaires pour qu'on puisse réaliser le filtrage sur terrain naturel^ dont l'ingénieur suédois Richert a fait un si heureux emploi pour la distribution d'eau de Gothembourg. Los procédés de stérilisation, laissant subsister les matières en suspension, ne sauraient remplacer le filtrage, et leur rôle doit se borner à en compléter Teiret; leur coût élevé n'a d'ailleurs permis jusqu'à présent d'en faire que des applications restreintes. C'est aussi à titre complémentaire, et comme adjuvant du filtrage, qu'on trouve employés en Allemagne, dans certaines localités, à Berlin entre autres, les procédés destinés à débarrasser l'eau des sels de fer qu'elle renferme et qui constituent un inconvénient parfois assez grave, notamment quand ils favorisent dansles conduites le développementde certaines algues comme la crenothrix ; ailleurs, à Cayenne, à Francfort, par exemple, on a eu à combattre une légère acidité de l'eau, et Ton a cherché à la neutraliser en la faisant passer à travers une couche de calcaire concassé.

'79. Tliéoric et pratique du filtrage coutiuu par le

sabie. — Gomme on vient de le voir^ c'est au filtrage continu par le sable fin qu^on s'adresse, dans la très grande majorité des cas, pour le traitement en grand des eaux destinées à l'alimentation et qui y sont impropres en leur état naturel. Ge procédé mérite dès lors de retenir plus particulièrement l'attention.

Lorsqu'il fut imaginé à Londres et de là se répandit peu à peu en Angleterre et dans d'autres pays, il ne s'agissait encore que de retenir mécaniquement les matières en suspension dans l'eau. Aussi, dans la théorie qu'il en a présentée, Darcy posait-il en principe que le résultat dépend de la hauteur de la couche poreuse et de la finesse de ses grains, et que « ce qu'on gagne en vitesse on le perd en efficacité », le débit étant d'ailleurs « proportionnel à la pression et en raison inverse de l'épaisseur ». Plus tard, lorsque vers 1870 Wanklynet Frankland introduisirent de nouvelles méthodes d'analyse chimique, l'attention