L’eau super-oxygénée : un remède écologique de choix pour les eaux souterraines contaminées

Andrew Sullivan

Ingénieur sénior en environnement, CPEng

L’idée d’eau super-oxygénée abordable, écologique et sans produits chimiques fait sûrement penser à un produit « miracle » pour la santé ou le sport. Par contre, cette eau n’est pas destinée à la consommation humaine. L’eau super-oxygénée est plutôt une solution de bioréhabilitation destinée à dépolluer l’eau souterraine et les sols contaminés; elle présente son lot d’avantages non négligeables.

L’eau super-oxygénée se démarque notablement par rapport à d’autres méthodes utilisées pour la réhabilitation de l’eau souterraine contaminée par des hydrocarbures pétroliers, par exemple sur des sites anciennement utilisés pour le stockage de carburant. Cette option rentable et naturelle convient particulièrement au secteur pétrolier et gazier et à celui des transports pour extraire les hydrocarbures des aquifères souterrains et ainsi protéger la santé humaine et l’environnement.

Golder utilise l’eau super-oxygénée à des fins de réhabilitation au Canada depuis 2004, moment où son équipe de réhabilitation montréalaise* a mis cette technologie au point. Cette dernière a récemment été améliorée et mise à profit pour des projets en Australie, aux États-Unis, en Amérique du Sud et en Europe. Déjà utilisée avec succès dans le secteur pétrolier et gazier pour le nettoyage d’hydrocarbures, l’eau super-oxygénée commence maintenant à faire ses preuves dans d’autres secteurs, avec différents contaminants. Cette solution bénéficie à tout secteur aux prises avec des problèmes relatifs aux résidus d’hydrocarbures pétroliers, comme les secteurs minier, public et de la fabrication.

Qu’est-ce que l’eau super-oxygénée, et comment contribue-t-elle à la bioréhabilitation?

La description technique du processus peut sembler complexe, mais il s’agit tout simplement d’une amélioration astucieuse d’un processus observable dans la nature. Les seuls ingrédients? De l’oxygène et des nutriments, ainsi que des microbes d’origine naturelle. Aucun produit toxique n’est rajouté.

La bioréhabilitation est une méthode éprouvée mettant à profit l’action de microorganismes pour décomposer les contaminants organiques en produits simples et sans danger. Cependant, si l’eau souterraine est contaminée par un déversement d’hydrocarbures pétroliers, l’oxygène dans cette eau finit presque par s’épuiser, car elle est consommée par les microbes durant le métabolisme de matières organiques indésirables en bioxyde de carbone, méthane, eau, sels minéraux et matières cellulaires; en autres mots, la biodégradation. Par conséquent, l’eau souterraine devient anaérobie.

L’amélioration du processus de biodégradation et l’accélération du métabolisme des matières organiques requièrent une dose supplémentaire d’oxygène. L’eau super-oxygénée est injectée dans l’aquifère souterrain à l’aide de puits d’injection, ce qui augmente la concentration d’oxygène dissous afin de donner un coup de main aux microbes avec leur tâche.

De l’oxygène ultrapur est dissous dans l’eau potable ou dans de l’eau extraite de l’aquifère souterrain à l’intérieur d’une tour d’aération à surpression ou d’une chambre pressurisée pour créer un effet Venturi. Ces deux méthodes très efficaces permettent de transférer plus de 90 % de l’oxygène injecté sous forme d’eau super-oxygénée dans l’aquifère souterrain. L’injection d’eau super-oxygénée permet d’atteindre des concentrations d’oxygène de 40 à 50 mg/L, soit cinq à six fois la teneur normale en oxygène dissous de l’eau souterraine.

Cette avancée incroyable, mais bien réelle, présente toutefois certaines limites. Par exemple, les usages de l’eau super-oxygénée sont limités dans les aquifères peu profonds ou à faible perméabilité. C’est pourquoi une modélisation conceptuelle adéquate s’impose pour mieux comprendre les limites et incertitudes du site envisagé.

Quelques avantages de l’eau super-oxygénée

L’injection d’eau super-oxygénée s’est avérée utile pour accroître la quantité d’oxygène dans les zones affectées à un coût abordable, comparativement aux méthodes courantes comme le biobarbotage, l’ajout de composés libérateurs d’oxygène, la diffusion d’oxygène, l’injection d’oxygène pur ou l’ozonisation. Cette technique est utile avec les hydrocarbures intermédiaires comme le carburant diesel et le mazout de chauffage, ainsi que les hydrocarbures légers comme l’essence. Elle s’avère aussi pratique pour la précipitation des métaux lourds, la dénitrification de l’ammoniac et d’autres processus de traitement des contaminants.

Puisque l’oxygène est dissous dans l’eau avant d’être injecté dans l’aquifère, très peu de vapeur de dégazage d’oxygène est générée en cours de route. Cet avantage est particulièrement important pour les travaux de réhabilitation en milieu récepteur fragile, comme un quartier résidentiel.

L’équipement d’injection d’eau super-oxygénée est suffisamment compact pour être transporté dans une remorque de 1,8 x 1,2 mètre (6 x 4 pieds) ou rangé dans le coin d’un centre d’exploitation. Cet équipement peut être alimenté en eau provenant du réseau d’aqueduc municipal et émet très peu de bruit. Par ailleurs, si le système d’injection est alimenté par un petit générateur solaire et une batterie de piles sèches à décharge poussée, ses émissions de CO2 seront négligeables.

Dans de nombreux ressorts, il est plus facile d’obtenir une approbation réglementaire pour l’eau super-oxygénée, par rapport à d’autres méthodes de réhabilitation, car celle-ci nécessite uniquement de l’eau souterraine ou municipale et de l’oxygène. Une autre possibilité est d’installer un système d’eau super-oxygénée en boucle fermée, lequel comprend des puits en aval destinés au recyclage de l’eau dans la zone à traiter. Un tel système ferait office de bioréacteur sur place. La simplicité du processus se traduit généralement par un meilleur taux d’approbation par les intervenants clés et accélère le traitement des demandes, ce qui permet de commencer plus tôt les travaux de réhabilitation.

L’avenir de l’eau super-oxygénée

Le processus d’eau super-oxygénée peut être utilisé pour injecter tout type de gaz comprimé. Par exemple, il a fait ses preuves au Québec pour l’injection de propane aux fins de traitement par co-métabolisme de zones polluées par des contaminants halogénés. De plus, grâce à ce processus, du gaz d’hydrogène a pu être injecté dans des zones polluées pour mieux éliminer les TCE et favoriser la dénitrification de l’azote.

Depuis 2016, l’eau super-oxygénée s’est avérée utile sur plus de sept sites comportant des formations de basalte fracturé, qui sont typiques à la région de Melbourne en Australie. Le processus d’eau super-oxygénée est devenu largement admis comme technologie de réhabilitation fiable et efficace. Son évolution à l’échelle mondiale permet la mise au point de solutions employant des gaz dissous dans l’eau pour réhabiliter les milieux naturels de manière efficace. Par exemple, des tours d’aération à surpression remplies de propane ont permis un co-métabolisme efficace dans une zone polluée par le 1,4-dioxane.

Puisque la concurrence et la pression s’intensifient pour les ressources en eau à l’échelle mondiale, la décontamination des eaux souterraines est d’une importance capitale. Grâce au simple ajout d’oxygène, l’essence de la vie, nous pourrions assurer la santé des écosystèmes et des populations de demain. Et l’eau super-oxygénée est offerte sans bouteille de plastique!

*Note de la rédaction : Le processus d’eau super-oxygénée a été mis au point en 2004 par l’équipe de réhabilitation de Golder à Montréal, au Canada (Éric Bergeron, Sylvain Hains, Christian Gosselin et J-P Davit). En 2009, Golder a remporté un prix Brownie de l’Institut urbain du Canada dans la catégorie de la réhabilitation durable et de l’innovation technique pour son application de l’eau super-oxygénée.

Andrew Sullivan

Ingénieur sénior en environnement, CPEng

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