LES AUTRES ThèmESQUALITÉ DES EAUX DE PISCINES

N° 333 - L’EAU, L’INDUSTRIE, LES NUISANCES - 99www.revue-ein.com

AbstrActUse of UV low pressure amalgam lamps for dechloramination of public swimming pool.The dechloramination by the mean of ultra-

violet lamps in public pool is a common prac-

tice for over ten years now. This field study

confirms and reinforces the interest on low

pressure lamps technology. We observed a

decrease of more than 60 % in the chloramines

concentration within the UV treated pool. The

concentration of total trihalomethanes (TTHM)

is not influenced by the dechloraminator. It is

however strongly linked to the water renewal

and pool frequentation. In all cases the TTHM

level never exceeds 60μg/L which is well below

the guidelines of 100μg/L.

Guerric Vrillet, ingénieur développement, docteur en Physique Appliquée

bOrDAs- UVGErMILa déchloramination par la mise en œuvre de lampes ultraviolettes en piscine publique est une pratique courante depuis plus d’une dizaine d’années maintenant. Cette étude in situ confirme et conforte l’intérêt porté à la technologie des lampes basse pression. On observe une diminution de plus de 60 % du taux de chloramines dans le bassin traité par le déchloraminateur. Le taux de trihalométhane total (TTHMs) n’est pas influencé par la mise en œuvre du déchloraminateur. Il est cependant fortement lié à l’apport d’eau neuve et à la fréquentation. Dans tous les cas, le taux de TTHMs ne dépasse jamais 60 µg/l ce qui est en dessous des 100 µg/l réglementaire.

Utilisation de lampes UV basse pression amalgame pour la déchloramination en piscine publique

U n des problèmes récurrents ren-contrés par les gestionnaires de piscines publiques est la maîtrise

du taux de chloramines dans l’eau de leur bassin. Il existe à l’heure actuelle plusieurs possibilités pour diminuer ce taux de chlo-ramines. La première consiste simplement à diluer les chloramines en augmentant les apports d’eau dans le bassin concerné. L’inconvénient de cette méthode est son coût élevé (en moyenne 1 m3 d’eau traité et chauffé coûte 5 € HT) et nécessite une sur-veillance permanente de la fréquentation et du taux de chlore combiné dans le bas-sin. La seconde est le stripage qui consiste à faire dégazer les chloramines (et autres composés fortement volatils) dans le bac

tampon (Gérardin et al.). Cette méthode est de plus en plus utilisée, mais ne sem-ble pas apporter une réponse suffisante à la problématique. Une autre consiste à ins-taller un filtre à charbon actif en aval du fil-tre à sable. Les inconvénients majeurs sont dans ce cas l’espace nécessaire à l’installa-tion du filtre et le renouvellement fréquent du charbon. Il ne faut pas oublier égale-ment le risque de relargage des composés adsorbés quant le media filtrant est saturé.La solution de loin la plus efficace est l’ins-tallation d’un déchloraminateur en aval du filtre à sable. Dans cette optique, deux tech-nologies s’opposent : les déchloramina-teurs dit Moyenne Pression (MP) qui met-tent en œuvre une ou plusieurs lampes Uv

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polychromatique dont la pression interne du plasma est de l’ordre de 1 à 3 bar. L’autre technologie emploie une ou plusieurs lam-pes dites Basse Pression (BP) se caractéri-sant par un spectre d’émission monochro-matique dont la pression du plasma est de l’ordre de 0,01 à 0,001 mbar (cf. tableau 1 pour plus de détail). Le but de cet arti-cle est de présenter pour la première fois les résultats expérimentaux obtenus lors d’un suivi des paramètres physico-chimi-ques sur un complexe sportif équipé d’un déchloraminateur UVDECHLO et non pas de comparer ces deux technologies.

Le complexeL’espace nautique Jean Vauchère de Colo-miers (31) est une piscine couverte dédiée à la nage et aux plaisirs de l’eau sous tou-tes ses formes. Cette piscine est équipée de quatre bassins de différentes dimensions, d’un espace de détente avec un spa, un sauna et un hammam et de plusieurs équi-pements de loisirs : nage à contre-courant, geyser et bains à bulles.L’espace nautique a une fréquentation annuelle avoisinant les 500 000 baigneurs. Ce succès a aussi un revers, l’apport moyen par baigneur pour maintenir le taux de

chlore combiné en dessus des 0,6 mg/l réglementaire est de 210 litres (sur l’en-semble des bassins) ce qui est bien au des-sus de la moyenne nationale. La commune a donc souhaité investir dans un déchlora-minateur tout en rassurant son personnel quant à l’innocuité du matériel proposé. Le

déchloraminateur a été installé sur l’un des 4 circuits de filtration qui comprend le bas-sin ludique, le bassin de thérapie, la patau-geoire et le spa. L’ensemble de ces 4 bas-sins, dont le volume total est de 410 m3, est traité par un UVDECHLO 400 fournissant une dose UVC

de 100 mJ/cm2 (pour une per-méabilité à 254 nm de 95 % sur 1 cm).

Cartographie et méthodologieAvant la mise en place du déchloramina-

teur, nous avons réalisé un bilan aérauli-que et hydraulique afin de déterminer les points faibles et forts du complexe. La car-tographie des polluants au niveau de l’air et de l’eau a permis d’identifier les points les plus défavorables pour les prélèvements. Cette étude préliminaire a mis en évidence un mouvement d’air globalement satisfai-sant, malgré des zones mortes au niveau du bassin ludique et ce, avec une hygrométrie relative plutôt élevée (65 %). En complé-ment nous avons cartographié en 5 points le taux de trichlorure d’azote, trihalomé-thane et de dioxyde de carbone dans l’air autour de bassin ludique (cf. graphique 1). Les résultats des mesures de THM sont tous en dessous de la limite de détection

de la méthode analytique. On voit très net-tement sur le graphique n° 1 que le point 1 est le plus défavorable, le taux de trichlo-ramine dans l’air est de 0,35 mg/m3 soit plus du double des autres points de mesu-res. On observe la même tendance avec le taux de dioxyde de carbone (supérieur à 1 600 ppm) qui est bien au-delà de la plage de confort humaine généralement rencon-tré dans les bâtiments (entre 600 et 1 000 ppm). Le point 1 est dans une zone morte, il nous sert de point de référence pour les mesures dans l’air.Dans l’eau, les mesures de carbone orga-nique total (COT) et de THM se sont avé-rées beaucoup plus homogènes avec une moyenne respectivement de 2,02 ± 0,05 mg/l et 38 ± 3 µg/l.Part la suite, nous avons recueilli de manière hebdomadaire les concentrations en carbone organique total (COT) et THM dans l’eau, ainsi que le taux de trichlo-rure d’azote dans l’air sur une période de 15 semaines repartie sur 4 mois. Parallèle-ment à cela, nous avons enregistré tous les jours le pH, le chlore combiné, les apports d’eau et la fréquentation afin de contrô-ler l’ensemble des paramètres influençant

Graphique 1 : cartographie de l’air : concentration et trichlorure d’azote et dioxyde de carbone autour du bassin ludique.

Note technique : prélèvements et méthodes analytiques

Pour l’ensemble des analyses réalisées dans cette étude, nous avons suivi les recommandations de l’INRS et du ministère.Les THMs dans l’air : les prélèvements ont été réa-lisés sur 4 heures à une hauteur d’environ 1,50 m le débit de la pompe d’aspiration a été réglé et éta-lonné à 200 cc/mn. Le support de prélèvement sur tube de charbon actif est conforme à la méthode INRS (fiche Metropol 029) et les analyses sont réalisées par chromatographie en phase gazeuse, détection par ionisation de flamme.Le trichlorure d’azote : les prélèvements ont été réalisés sur 7 heures à une hauteur de 1,50 m. Le débit de la pompe d’aspiration a été réglé et étalonné à 500 cc/mn. Le support de prélèvement sur cassette porte filtre avec deux filtres de quartz

imprégnés de carbonate de sodium et de trioxyde de diarsenic est conforme à la méthode INRS (réf: ND 1963- 156- 94) et analyses par chromatogra-phie ionique.Les THMs dans l’eau : les prélèvements ont été réalisés entre 30 et 20 cm sous la surface de l’eau, puis analysés selon la norme NF EN ISO 10301-3 « head space GC MS ». Les échantillons ont été neutralisés et acidifiés conformément au courrier du ministère de la santé et des sports du 9 mars 2009.Le COT : les prélèvements ont été réalisés entre 30 et 20 cm sous la surface de l’eau, puis analysés selon la norme NF EN 1484.Les chloramines dans l’eau ont été mesurés selon la méthode DPD.

Tableau n° 1 : Principales caractéristiques des lampes UV (Masschelein 2002)

Lampes BP Lampes MP

Puissance moyenne 100 à 400 W 1 à 4 KW

Durée de vie 8 000 à 16 000 H 4 000-10 000H

Spectre d’émission Monochromatique à 253.7nm Polychromatique

Rendement Elec 40 % 15 %

R 254 nm 80-90% 40% (253-260)

Température du plasma » 40-90 °C » 600- 800 °C

http://www.uvgermi.fr

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ou influençable par la mise en place du déchloraminateur.Nous avons effectué les analyses suivant le planning ci après :• Tous les prélèvements sont effectués les mercredis.• De la semaine 0 à la semaine 3 incluse, l’eau circule dans le déchloraminateur qui reste éteint, ce qui nous permet de connaî-tre le comportement initial de la piscine.• Le lundi de la semaine 4, le déchloramina-teur est allumé pour le reste de l’étude.• L’apport d’eau est maintenu constant à 80 m3 dans la mesure du possible de la semaine 0 au mercredi de la semaine 10 inclus. Ceci a pour but de mesurer l’in-fluence directe du déchloraminateur sur l’eau de la piscine.• L’apport d’eau moyen journalier a ensuite été ramené à 45 m3 afin d’observer le com-portement des différents paramètres lors de la réduction de l’apport d’eau neuve.

Résultats, discussion

Apport d’eauLe graphique 2 représente l’évolution du volume d’eau neuve moyen par baigneur lors de cette étude. C’est le rapport du

volume d’eau neuve moyen ajouté dans le circuit de filtration durant 7 jours, divisé par la fréquentation moyenne de l’ensem-ble du complexe ces mêmes 7 jours. Bien qu’il ne reflète pas exactement le nombre de baigneurs s’étant réellement baignés

dans les bassins concernés, ce rapport per-met de suivre assez précisément la ten-dance générale. On voit très nettement que ce rapport est en moyenne de 85 l/baigneur durant les 10 premières semaines avant de descendre à 60 puis 34 l/baigneur à la fin de l’étude. En diminuant le volume d’eau neuve par baigneur d’un facteur 2,5 nous

avons voulu nous rapprocher de la valeur seuil réglementaire de 30 l/jour/baigneur pour bien en comprendre les effets sur la chimie de l’eau et de l’air. Il est important de noter que 85 l/baigneur représentent un apport d’environ 82 m3 soit 20 % du volume total. En passant à 35 l/baigneur soit un apport d’environ 44 m3 on arrive à 10,7 % du volume total.

COT et pHLe taux de COT dans l’eau varie entre 2 et 3,9 mg/l en fonction des semaines de mesure. Il n’y a pas de tendance dans l’évo-lution de ce paramètre, que le déchlorami-nateur soit en service ou non. Le pH est

resté stable entre 7,1 et 7,2 durant toute l’étude.ChloraminesConcernant les chloramines dans l’eau, on observe une diminution de plus de 60 % dès la mise en service du déchloramina-teur. Le taux moyen est alors de 0,15 mg/l sans jamais dépasser 0,2 mg/l quel que soit l’apport d’eau neuve par baigneur (cf. gra-phique 3). L’intérêt du déchloraminateur réside dans sa capacité à maintenir le taux de chloramines bien en dessous du taux réglementaire et ainsi de rassurer l’exploi-tant du bassin.Les mesures de trichlorure d’azote dans l’air n’ont pas montré d’évolution significative entre les périodes sans et avec déchlorami-nateur. La concentration moyenne au point le plus défavorable est restée constante à 0,38 mg/m3 d’air. Nous avions volontaire-ment choisi un point de mesure dans une zone morte afin d’obtenir la concentration maximale des différents gaz. On peut sim-plement dire que malgré une baisse de plus de 60 % des chloramines dans l’eau, il n’y a

Graphique 2 : Évolution du volume d’eau neuve par baigneur moyen.

Graphique 3 : Évolution du taux de chlore combiné dans les bassins.

Analyses des TTHMs

Les déchloraminateurs par rayonnement UV sont arri-vés en France au début des années 2000. L’agrément ministériel est devenu obligatoire pour ces procédés en 2004. À ce jour, 7 sociétés sont agréées pour des déchloraminateurs basse et moyenne pression. Dès 2006, le CSHPF à émis son avis quant à la production éventuelle de TTHM et principalement en chloroforme dans l’eau et dans l’air pour certains types de déchloraminateur. La circulaire DGS/EA4 est émise deux ans plus tard par le ministère de la santé et des sports. Elle précise entre autres que la mesure des TTHMs est obligatoire lors de l’installation d’un déchloraminateur sans préciser toutefois la méthode analytique à mettre en œuvre. En juin 2008, Nous informions par un courrier les utilisateurs de nos déchloraminateurs UVDECHLO ainsi que les bureaux

d’études fluide, de la problématique que nous avions observé sur la mesure des Trihalométhanes. En effet selon la méthode employée le taux de TTHMs mesuré dans les piscines variait entre 20 et 400 µg/L. Suite aux différentes démarches de notre société avec la DDASS 64 et les laboratoires d’analyses, la problé-matique a été reconnue par le ministère de la santé. En effet, un courrier ministériel du 9 mars 2009 fixe la méthode analytique afin que tous les laboratoires de France utilisent le protocole adapté aux piscines publiques. Ceci a limité la crainte des personnels des piscines. Cette étude contribue à lever le doute sur l’origine de la formation des THMs en piscines publiques en montrant clairement que la mise en place d’un déchloraminateur UVDECHLO n’influence pas directement le taux de TTHMs présent dans l’eau.

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pas d’influence sur le taux de trichlorure d’azote volatil présent dans les zones mor-tes de la piscine. Ceci peut s’expliquer par une hygrométrie trop élevée, un déséquili-bre de l’air soufflé au niveau des bouches de soufflage et d’extraction sur l’ensem-ble de la piscine (création de zone morte). Mais aussi par un apport d’air neuf insuffi-sant par rapport à la fréquentation.

TTHMsL’évolution des trihalométhanes totaux (TTHMs) dans l’eau est représentée sur le graphique 4. La ligne rouge à 100 µg/l cor-respond à la concentration maximale auto-risée par le ministère de la santé (circu-laire DGS/EA4). Ces TTHMs sont la somme des bromoforme, dibromochlorométhane, dichlorobromométhane et chloroforme, ce dernier représentant plus de 85 % du total. Tout au long de l’étude, les concentra-tions en bromoforme et dibromochloromé-thane sont restées inférieures à 1 µg/l. La concentration en dichlorobromométhane est quant à elle restée comprise entre 0 et 2,7 µg/l, sans aucune tendance.La concentration en TTHMs est toujours en dessous des 60 µg/L quelles que soient les conditions expérimentales. On note que

lors des quatre premières semaines de test sans déchloraminateur, la concentration en TTHMs varie entre 21 et 41 µg/l. Les 41 µg/l correspondent avec l’apport d’eau par bai-gneur le plus faible de ces 4 premières semaines. Il parait cependant difficile d’at-tribuer cette variation de concentration au simple apport d’eau par baigneur, qui, rap-pelons le, ne représente que 10 à 20 % du volume d’eau total du circuit.Le pic de TTHMs à 59 µg/l de la semaine 4, a été mesuré 2 jours après la mise en ser-vice du déchloraminateur. Cette augmenta-tion brutale des TTHMs juste après la mise en service d’un déchloraminateur a déjà été observée et reste difficilement explica-ble à ce jour.Les 2 semaines suivantes, la concentration en TTHMs est redescendue à 27 µg/L.La mesure effectuée en semaine 7, soit une semaine après la remise en service du déchloraminateur, ne montre pas d’aug-mentation des THMs. Ceci peut s’expli-quer par une valeur élevée de l’apport d’eau neuve par baigneur, le fait de travailler sur une eau neuve, mais aussi par un laps de temps plus important entre la mise en ser-vice et la mesure.Les 3 semaines suivantes, la concentration en TTHMs reste stable.De la semaine 11 à la semaine 15, la concentration en TTHMs est plus élevée, en moyenne à 40 µg/l, cette augmentation correspond à l’abaissement du taux de renouvellement en eau neuve.Ces résultats montrent clairement l’in-fluence de l’apport d’eau neuve sur la concentration en TTHMs. Cependant, il est difficile d’attribuer une augmentation des TTHMS d’un facteur 1,6 à un abaisse-ment du renouvellement en eau de seule-ment 10 % du volume total. Un simple effet de dilution ou de concentration des compo-sés chimiques serait proportionnel à l’ap-

port d’eau.Le taux de TTHMs est en moyenne de 23,4 ± 2,1 µg/l (sur 3 semaines) avant la mise en place du déchloraminateur puis de 25.0 ± 2,8 µg/l (sur 6 semaines) après sa mise en service et sa stabilisation. Il n’y a donc pas d’augmentation significative des THM due au déchloraminateur.Concernant les TTHMs dans l’air, toutes les mesures sont en dessous du seuil de détec-tion des analyseurs.

ConclusionsNous avons montré ici qu’un déchlora-minateur Uv basse pression permet de réduire significativement le taux de chlore combiné dans un ensemble de bassin de grand volume. Cette étude confirme la complexité des équilibres chimiques à l’interface eau/air. La baisse significative des chloramines dissoutes n’a pas eu d’in-fluence sur le taux de trichlorure d’azote dans l’air au niveau des zones mortes de la piscine. Ceci peut être dû à la gestion et aux seuils des paramètres aérauliques (pourcentage d’humidité dans l’air, zones mortes, manque d’apport d’air neuf, mau-vaise répartition de soufflage et de l’ex-traction).Contrairement à l’étude sur un déchlora-minateur moyenne pression publiée par Cassan et al., nous n’observons ni d’aug-mentation de la concentration en THM total dans la piscine suite à la mise en mar-che du déchloraminateur, ni de change-ment entre les rapports des concentrations des 4 types de THMs mesurés. Ces analy-ses in situ contribuent, nous l’espérons, à lever le doute sur l’origine de la formation des THMs en piscines publiques en mon-trant clairement que la mise en place d’un déchloraminateur Uv basse pression n’in-fluence pas directement le taux de TTHMs présent dans l’eau. Elle révèle cependant le fort lien entre le taux de TTHMs et l’apport d’eau neuve par baigneur.

RemerciementsL’auteur remercie pour leur participa-tion financière et/ou technique : Domi-nique Dille, directeur des ventes, Bayrol France ; Serge Smolis, directeur Techni-que, Pole Air, expert en qualité d’air inté-rieur ; Gilles Gastaldello, directeur Espace Nautique Jean Vauchère, Colomiers ; La mairie de Colomiers. n

Graphique 4 : Évolution du taux des trihalométhanes totaux dans l’eau.

• Cassan, et al : Effects of medium pressure UV lamps radiation on water quality in a chlorinated indoor swimming pool, chemosphere 62, 2006.• Gérardin et al. : Gerardin F., Gerber J.M., Hery M., Quenis B. et coll, Extraction de chloramines par contact gaz/liquide dans les eaux de piscines, Hygiène et sécurité du travail, 1999.• Masschelein, 2002: W. Masschelein, Ultraviolet Light in Water and Wastewater Sanitation, Lewis Publishers, Boca Raton (2002).• Circulaire DGS/EA4 2008-65 du 22 février 2008 relative aux dispositions réglementaires applicables aux piscines ouvertes au public, à l’utilisation des produits et procédés de traitement de l’eau et notamment à ceux mettant en œuvre des lampes à rayonnement ultraviolet (UV) pour la déchloramination des eaux, BO Santé, Protection sociale solidarités n° 2008/3 du 15 avril 2008, page 180.• Lettre DGS/EA4 n°89 du 9 mars 2009, Précisions concernant la méthode analytique à mettre en œuvre pour doser les THM dans l’eau des piscines lors de l’utilisation de procédés de déchloramination basés sur le rayonne-ment ultraviolet.

Références bibliographiques