PURIFICATION DES EAUX PAR FILTRATION
Les sables constituent généralement des terrains géologiques de choix pour l'épuration des eaux dans la nature. Lorsque leur épaisseur est suffisante et régulière, l'eau prélevée à quelques mètres au-dessous de la surface est pure, c'est-à-dire stérile ou très pauvre en germes et à peu près exempte de matière organique. Les facteurs qui interviennent dans cette épuration naturelle sont très complexes : état de l'eau extrêmement divisée, surface considérable d'épuration par rapport au volume d'eau filtrée, d'où action maxima de l'air et de la lumière, et, par suite, forte destruction des germes et de la matière organique par insolation et oxydation; action du sol sableux lui-même, avec le concours des germes de la nitrification, et autres inconnus, aérobies ou anaérobies, des terres arables : enfin, action mécanique de la filtration intermittente et extrêmement lente qui, par des phénomènes physiques de fixation, de sélection, arrête les matières organiques et les germes qui peuvent, pendant les périodes de repos du filtre, être détruits sur leur support.
La filtration artificielle, si bien instituée qu'elle soit, est loin de réaliser ces conditions naturelles. On demande en effet aux filtres à sable de réaliser l'épuration intensive et continue (Tune nappe épaisse d'eau par son passage en quelques heures sur une épaisseur de
372 J. OGIIlK ET ED. BONJEAN.
L'EAU, purification.
sable demi mètre environ, dont les couches superficielles sont à peine aérées el éclairées, et dont la surface se trouve revêtue d'un dépôt membraneux composé de matières organiques, les unes en cours de putréfaction sans nitrification réelle, les autres se développant à l'exemple des végétaux et organismes de toute espèce qui prospèrent dans les eaux stagnantes, marécageuses et putrides (algues, diatomées, infusoires, vers, etc.).
Ces différences dans les principales conditions des filtres naturels et artificiels ressortent mieux dans le tableau comparatif ci-dessous:
Épuration naturelle.
— Eau à l'état pulvérisé ou en lame mince à la surface du sol : filtre non submergé.
— Filtration intermittente : longue période de repos de la surface inondée d'air et de lumière.
— Couche de sa!
plusieurs mètres d'épaisseur.
— L'eau met des jours ou des semaines à traverser le filtre naturel après avoir subi le contact des couches superficielles de terre, à nitrification intense et à végétation normale.
Épuration artificielle.
— Nappe épaisse d'eau généralement de plus d'un mètre : filtre submergé.
— Filtration continue : surface du sable peu aérée et généralement peu éclairée.
— Couche de sable de 1 mètre d'épaisseur au maximum.
— L'eau traverse le filtre artificiel en quelques heures après avoir subi le contact d'une couche superficielle, inerte au début, et revêtue ensuite d'une membrane de produits organiques accumulés, en partie en cours de putréfaction sans nitrification appréciable et sur laquelle se développent les divers végétaux et organismes des eaux stagnantes.
Des expériences récentes tendent à démontrer qu'il y a intérêt, dans la filtration artificielle, à se rapprocher le plus possible des conditions naturelles, que de meilleurs résultats sont obtenus par la filtration intermittente que par la filtration continue ; avec les filtres non submergés au lieu des filtres submergés : qu'enfin l'état de division excessive des particules d'eau facilite beaucoup l'épuration.
Filtres à sable submergés à marche continue (filtres anglais, filtres lents). — Depuis longtemps on a employé avec succès le sable pour clarifier les eaux troubles, soit par l'établissement de puits ou galeries filtrantes sur le bord des cours d'eau, soit en utilisant les terrains sableux en place, soit en établissant artificiellement des filtres à sable pour épurer des eaux destinées aux usages industriels.
Les résultats ont été assez encourageants pour que de très nombreuses villes et agglomérations aient adopté ce procédé pour la purification de leurs eaux.
La filtration artificielle au sable a élé appliquée aux grandes masses d'eaux dalimentation des villes depuis environ un siècle. En 1805, on filtrait l'eau de Seine à Paris, sur le quai des Grands-Augustins, à l'aide d'un appareil de filtrage Happey renfermant du sable, du
charbon et des rognures d'épongés : les rognures d'épongés, que Ton enlevait et nettoyait fréquemment, jouaient le rôle de dégrossisseurs. Les premiers grands bassins à sable ont été installés en vue de la filtration des eaux de la Tamise à Londres (1) par l'ingénieur anglais Simpson pour la Chelsea C° en 1829, puis dans un certain nombre de villes anglaises ; c'est pourquoi on désigne souvent le filtre à sable sous le nom de filtre anglais.
Depuis cette époque, ce mode d'épuration des eaux a subi des modifications plus ou moins heureuses. Il a été appliqué en Allemagne, notamment à Berlin, pour la filtration des eaux de la Sprée, en 1856 par les ingénieurs anglais Fox et Crampton ; on filtra plus tard les eaux des lacs Tegel (1883) et Muggel (1890). Aujourd'hui, la ville de Berlin a renoncé à ce mode d'alimentation pour recourir à des eaux souterraines (bien que celles-ci contiennent des composés ferreux qu'il faut éliminer par des traitements pour lesquels on utilise les filtres anciens). Cette transformation totale d'une installation citée comme modèle par certains spécialistes français a eu pour cause le développement des agglomérations au bord de ces lacs, la contamination progressive des eaux, malgré toutes les précautions imposées pour l'évacuation des eaux résiduaires, et par conséquent l'insécurité de la filtration reconnue par l'Office impérial allemand.
La filtration au sable ne s'est répandue que très tardivement en France. A Paris, notamment, les filtres d'Ivry et de Saint-Maur n'ont été établis que depuis peu d'années; leur fonction est de suppléer aux eaux de sources souvent insuffisantes dans la saison chaude ; sources qui, d'ailleurs, depuis certaines épidémies récentes, sont frappées d'un certain discrédit. Au reste, on ne semble pas compter tout à fait sur la pureté des eaux de rivière filtrées, puisqu'il est actuellement question de leur faire subir une épuration chimique.
Aux États-Unis, la filtration au sable, préconisée dès 1869 par Kirwood, fut appliqué en 1872 à Pougheepsie et en 1874 à Hudson. D'après Imbeaux, actuellement un grand nombre de villes américaines alimentées en eaux de surface doivent recourir à la filtration au sable; certaines d'entre elles utilisent les filtres dits « américains » ou « filtres rapides ». En résumé, dans tous les pays où l'on ne peut se procurer que des eaux superficielles, impures ou troubles, la filtration artificielle sur le sable est le procédé d'épuration le plus répandu quant à présent.
Filtre à sable ordinaire, à marche iente (fig. 64). — Le filtre
(1) Cette première installation comprenait la décantation préalable de l'eau, suivie de la filtration sur une couche de sable très fin de 0m,60 d'épaisseur, puis sur une couche de sable et gravier de 0m,30, une couche de 0^,15 de coquilles de mer; les drains étaient établis dans la couche inférieure de gros graviers.
La vitesse de filtration était de 4 mètres sous une charge de lm,'-°-
à sable se compose essentiellemonL d'une couche de sable contenue dans des bassins en maçonnerie.
L'efficacité de la filtralion dépend principalement :
De l'épaisseur de la couche de sable ;
De la composition chimique et des dimensions des grains de sable;
De la disposition du filtre;
De la marche du filtre.
Nous allons étudier succinctement chacun de ces facteurs, en laissant de côté les questions techniques relatives à la construction des filtres, questions qui seront traitées ailleurs.
Épaisseur de la couche du sable. — En principe l'eau est d'autant mieux épurée que la couche de sable est plus épaisse. On a reconnu
