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N°d’ordre NNT : 2017LYSEM018 THESE de DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LYON opérée a

N°d’ordre NNT : 2017LYSEM018 THESE de DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LYON opérée au sein de l’Ecole des Mines de Saint-Etienne Ecole Doctorale N° 488 Sciences, Ingénierie, Santé Spécialité de doctorat : Sciences et Génie de l’Environnement Soutenue publiquement le 06/07/2017, par : Erwan Carré Qualité biologique des eaux usées traitées en vue de la réutilisation Devant le jury composé de : Chiron, Serge Directeur de recherche IRD Montpellier Président, Rapporteur Wéry, Nathalie Chargée de recherche INRA Narbonne Rapportrice Graillot, Didier Directeur de recherche IMT Mines Saint-Etienne Examinateur Thomas, Marie- Florence Enseignante-chercheure EHESP Rennes Examinatrice Lopez-Ferber, Miguel Directeur de recherche IMT Mines Alès Directeur de thèse Lin, Liming Enseignant-chercheur IMT Mines Alès Encadrant Jauzein, Vincent Ingénieur de recherche SAUR Invité ABSI Nabil CR Génie industriel CMP AUGUSTO Vincent CR Image, Vision, Signal CIS AVRIL Stéphane PR2 Mécanique et ingénierie CIS BADEL Pierre MA(MDC) Mécanique et ingénierie CIS BALBO Flavien PR2 Informatique FAYOL BASSEREAU Jean-François PR Sciences et génie des matériaux SMS BATTON-HUBERT Mireille PR2 Sciences et génie de l'environnement FAYOL BEIGBEDER Michel MA(MDC) Informatique FAYOL BLAYAC Sylvain MA(MDC) Microélectronique CMP BOISSIER Olivier PR1 Informatique FAYOL BONNEFOY Olivier MA(MDC) Génie des Procédés SPIN BORBELY Andras MR(DR2) Sciences et génie des matériaux SMS BOUCHER Xavier PR2 Génie Industriel FAYOL BRODHAG Christian DR Sciences et génie de l'environnement FAYOL BRUCHON Julien MA(MDC) Mécanique et ingénierie SMS CAMEIRAO Ana MA(MDC) Génie des Procédés SPIN CHRISTIEN Frédéric PR Science et génie des matériaux SMS DAUZERE-PERES Stéphane PR1 Génie Industriel CMP DEBAYLE Johan CR Sciences des Images et des Formes SPIN DEGEORGE Jean-Michel MA(MDC) Génie industriel Fayol DELAFOSSE David PR0 Sciences et génie des matériaux SMS DELORME Xavier MA(MDC) Génie industriel FAYOL DESRAYAUD Christophe PR1 Mécanique et ingénierie SMS DJENIZIAN Thierry PR Science et génie des matériaux CMP DOUCE Sandrine PR2 Sciences de gestion FAYOL DRAPIER Sylvain PR1 Mécanique et ingénierie SMS FAUCHEU Jenny MA(MDC) Sciences et génie des matériaux SMS FAVERGEON Loïc CR Génie des Procédés SPIN FEILLET Dominique PR1 Génie Industriel CMP FOREST Valérie MA(MDC) Génie des Procédés CIS FOURNIER Jacques Ingénieur chercheur CEA Microélectronique CMP FRACZKIEWICZ Anna DR Sciences et génie des matériaux SMS GARCIA Daniel MR(DR2) Sciences de la Terre SPIN GAVET Yann MA(MDC) Sciences des Images et des Formes SPIN GERINGER Jean MA(MDC) Sciences et génie des matériaux CIS GOEURIOT Dominique DR Sciences et génie des matériaux SMS GONDRAN Natacha MA(MDC) Sciences et génie de l'environnement FAYOL GRAILLOT Didier DR Sciences et génie de l'environnement SPIN GROSSEAU Philippe DR Génie des Procédés SPIN GRUY Frédéric PR1 Génie des Procédés SPIN GUY Bernard DR Sciences de la Terre SPIN HAN Woo-Suck MR Mécanique et ingénierie SMS HERRI Jean Michel PR1 Génie des Procédés SPIN KERMOUCHE Guillaume PR2 Mécanique et Ingénierie SMS KLOCKER Helmut DR Sciences et génie des matériaux SMS LAFOREST Valérie MR(DR2) Sciences et génie de l'environnement FAYOL LERICHE Rodolphe CR Mécanique et ingénierie FAYOL MALLIARAS Georges PR1 Microélectronique CMP MOLIMARD Jérôme PR2 Mécanique et ingénierie CIS MOUTTE Jacques CR Génie des Procédés SPIN NIKOLOVSKI Jean-Pierre Ingénieur de recherche Mécanique et ingénierie CMP NORTIER Patrice PR1 Génie des Procédés SPIN O CONNOR Rodney Philip MA(MDC) Microélectronique CMP OWENS Rosin MA(MDC) Microélectronique CMP PERES Véronique MR Génie des Procédés SPIN PICARD Gauthier MA(MDC) Informatique FAYOL PIJOLAT Christophe PR0 Génie des Procédés SPIN PINOLI Jean Charles PR0 Sciences des Images et des Formes SPIN POURCHEZ Jérémy MR Génie des Procédés CIS ROBISSON Bruno Ingénieur de recherche Microélectronique CMP ROUSSY Agnès MA(MDC) Microélectronique CMP ROUSTANT Olivier MA(MDC) Mathématiques appliquées FAYOL SANAUR Sébastien MA(MDC) Microélectronique CMP STOLARZ Jacques CR Sciences et génie des matériaux SMS TRIA Assia Ingénieur de recherche Microélectronique CMP VALDIVIESO François PR2 Sciences et génie des matériaux SMS VIRICELLE Jean Paul DR Génie des Procédés SPIN WOLSKI Krzystof DR Sciences et génie des matériaux SMS XIE Xiaolan PR1 Génie industriel CIS YUGMA Gallian CR Génie industriel CMP EMSE : Enseignants-chercheurs et chercheurs autorisés à diriger des thèses de doctorat (titulaires d’un doctorat d’État ou d’une HDR) Spécialités doctorales Responsables : SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX K. Wolski Directeur de recherche MECANIQUE ET INGENIERIE S. Drapier, professeur GENIE DES PROCEDES F. Gruy, Maître de recherche SCIENCES DE LA TERRE B. Guy, Directeur de recherche SCIENCES ET GENIE DE L’ENVIRONNEMENT D. Graillot, Directeur de recherche Spécialités doctorales Responsables MATHEMATIQUES APPLIQUEES O. Roustant, Maître-assistant INFORMATIQUE O. Boissier, Professeur SCIENCES DES IMAGES ET DES FORMES JC. Pinoli, Professeur GENIE INDUSTRIEL X. Delorme, Maître assistant MICROELECTRONIQUE Ph. Lalevée, Professeur Mise à jour : 12/12/2016 Remerciements Mes premiers remerciements vont à Serge Chiron, directeur de recherche à l’IRD de Montpellier, Nathalie Wéry, chargée de recherche à l’INRA de Narbonne et Didier Graillot, directeur de recherche à l’IMT Mines Saint-Etienne pour avoir consacré du temps à juger ce travail de thèse. Un merci tout particulier à Marie-Florence Thomas, enseignante-chercheure à l’EHESP, pour ses encouragements pendant mon cursus à l’EME et pendant cette thèse. Durant ces trois années, j’ai eu la chance d’intégrer deux équipes, chez SAUR et au LGEI. Je souhaite tout d’abord remercier Fabrice Nauleau, directeur R&D SAUR pour m’avoir fait confiance pour cette mission. Un grand merci également à Vincent Jauzein, ingénieur R&D pour ses conseils et pour m’avoir fait découvrir les nombreux aspects de ce métier. J’ai beaucoup appris professionnellement grâce à toi. Ce fût un réel plaisir de côtoyer l’ensemble de l’équipe R&D pendant ces trois années : Jean, Yves, Frédérique, Sabine, Stéphanie, Gilbert, Mathieu, Michel, Philippe, Rémi, Guillaume, Joanna, Laure, Sylvain… Je ne les cite pas tous, mais je les remercie pour leur bonne humeur et leur disponibilité ! J’ai bien sûr une pensée particulière pour mes collègues de Mauguio, stagiaires ou techniciens, pour tous ces moments partagés qu’ils soient bons (café du midi en terrasse) ou moins bons (UF en panne à 17h) : Julie, Geoffrey, Sylvain et Christopher. J’ai également été très bien accueilli au LGEI. Un grand merci à Miguel Lopez-Ferber, directeur de recherche, pour ses conseils avisés, pour m’avoir épaulé quand il le fallait et pour sa grande capacité à replacer les résultats dans un contexte plus général ! Merci également à toute l’équipe ESAH, brillamment animée par Anne Johannet pour leur indéfectible joie de vivre et pour leur disponibilité ! Plus globalement, merci à Oualid et à la team « Caminov » pour la bonne humeur au labo et à Roro pour la bonne humeur dans la salle de pause. Et bien sûr, merci à l’indispensable Cathy, toujours disponible pour aider à régler les problèmes administratifs. Je remercie également Sandrine Bayle pour m'avoir initié à la PCR. Enfin un grand merci à la team « doctorants et stagiaires » pour la bonne ambiance des pauses du midi ! Pascale (« le train est encore supprimé ! »), Perrine et Takoua (team micropolluants !), Rémi (pour les discussions animées), Michael et Adrien (team spéléo !), les géologues, et tous les autres pour les bons moments partagés ! Merci enfin à Liming Lin. Enfin, je souhaite remercier mes amis toujours présents pour partager des week-ends de folie qui redonnent la pêche pour attaquer la semaine. Axel et Marion pour les fameuses soirées de Montpellier après les fameuses soirées rennaises ! Et la « famille EME », notamment Clarisse et Arthur (les témoins !) pour les retrouvailles en Bretagne, en Mayenne, à Lyon ou dans le Sud ! À mes parents, pour leur soutien et les valeurs qu’ils m’ont transmises. Merci également à Flo (et Klaudia) et Coco ! À Mathilde, qui a accepté de devenir ma femme il y a bientôt un an, et qui est mon bonheur au quotidien. Table des matières Remerciements Table des matières Liste des figures et tableaux Publications et communications Liste des abréviations Première partie : Introduction générale I. Introduction .................................................................................................................... 3 II. Les moteurs de la REUT ................................................................................................ 4 1. Le stress hydrique, moteur principal de la REUT ................................................... 4 2. Autres moteurs .......................................................................................................... 6 III. Les différents usages des eaux usées traitées ......................................................... 9 1. Usages agricoles ....................................................................................................... 9 a. Enjeux ........................................................................................................................................ 9 b. Exemples d’application ...................................................................................................... 12 2. Usages urbains ........................................................................................................ 14 a. Enjeux ...................................................................................................................................... 14 b. Exemples d’application ...................................................................................................... 16 3. Usages industriels .................................................................................................... 18 a. Enjeux ...................................................................................................................................... 18 b. Exemples d’application ...................................................................................................... 19 4. Usages environnementaux et récréatifs ............................................................. 21 a. Enjeux ...................................................................................................................................... 21 b. Exemple d’application........................................................................................................ 24 5. Usage potable direct ............................................................................................. 25 6. Conclusion ............................................................................................................... 28 IV. Les risques sanitaires liés à la REUT .......................................................................... 30 1. Les risques chimiques ............................................................................................. 30 2. Les risques biologiques ........................................................................................... 31 a. Bactéries................................................................................................................................. 32 b. Protozoaires ........................................................................................................................... 33 c. Helminthes ............................................................................................................................. 34 d. Virus ......................................................................................................................................... 35 e. Autres pathogènes et toxines ............................................................................................ 36 3. Estimation des risques biologiques ....................................................................... 36 a. Effets des traitements sur les microorganismes pathogènes ....................................... 36 b. Effet du stockage et de l’environnement sur les microorganismes pathogènes.... 38 c. Estimation quantitative du risque microbien (EQRM) ................................................... 39 4. Les indicateurs de qualité des eaux usées traitées ........................................... 40 a. Qu’est-ce qu’un bon indicateur ? .................................................................................... 40 b. Les indicateurs de qualité physico-chimique ................................................................. 41 c. Les indicateurs de qualité microbiologique.................................................................... 43 V. Principaux pays pratiquant la REUT et réglementations uploads/Science et Technologie/ sen-54265.pdf