L’eau de piscine doit être claire !
Beaucoup d’enjeux sont donc focalisés sur la filtration en circuit fermé :
- la filtration doit traiter tout le débit d’eau (Plus le débit est important, plus le filtre a de grandes dimensions ; ceci augmente son coût d’investissement),
- la consommation d’énergie due à la filtration est continue et évolue comme la filtration : de la consommation d’énergie initiale, W0 = Q ΔP0 avec Q, débit traité très souvent constant, ΔP0, perte de charge du filtre+milieu filtrant propre à celle plus forte due au « travail » du filtre (colmatage de ΔP0ΔP1) W1 = Q ΔP1).
Après régénération du filtre ou contre-lavage, la consommation d’énergie revient à son niveau de base (initial) (W0 = Q ΔP0) ; la consommation d’énergie basse est favorisée par une ou plusieurs conditions suivantes : milieu filtrant propre très perméable, faible augmentation de perte de charge et/ou faible débit de circulation,
- la filtration doit retenir le plus possible d’impuretés dans l’eau apportées par les baigneurs, l’air ambiant, résultant du contact permanent de l’eau avec des parois minérales, plastiques, métalliques pour réduire le besoin de renouvellement de l’eau par de l’eau potable, et de consommer de l’énergie pour la porter à plus de 26 à 33 °C, tout en limitant la consommation d’autres produits de traitement d’eau.
La filtration s’opère selon différents modes qui ont, chacun, des conditions de mise en œuvre à choisir pour atteindre un ou plusieurs objectifs :
rétention souhaitée importante (50 %), très importante (> 80% environ) voire totale (>99% par exemple),
rétention des particules grosses (> 100 µm environ), moyennes (> 45 µm environ), petites (> 10 µm environ), ou très petites (> 1 ou 0,1 µm),
rétention des particules dès le début de la filtration sur le milieu filtrant propre puis ensuite favorisée par le colmatage partiel du milieu filtrant.
Divers mécanismes (effets tamis à l’échelle de plus de 500 µm jusqu’à moins d’1 µm, d’adhésion de colloïdes, d’adsorption…) s’opèrent en filtration avec des importances relatives selon le mode de filtration, et ses conditions de mise en œuvre, pendant son cycle jusqu’au colmatage (il se traduit par une hausse de la perte de charge amont/aval du filtre en filtration à débit continu).
Les performances de rétention des solides, des colloïdes, des bactéries, dépendent de :
la vitesse de passage de l’eau (recherchée assez faible) (elle est souvent en rapport avec la perméabilité du milieu filtrant et s’exprime par le débit d’eau dans le filtre ramené à la section/surface filtrante en m3/h/m² m/h ; cette dernière donnée est spécifique du mode de filtration),
l’avancée dans la durée du cycle,
et
en filtration en profondeur sur lit épais (filtre à sable, à granulés de verre, anthracite…) de la hauteur de la couche filtrante (recherchée assez forte) et de la distribution des tailles des grains formant le lit (recherchée calibrée) et de leur résistance mécanique à l’attrition. La surface filtrante s’exprime par la section horizontale de la couche filtrante souvent cylindrique ; cette surface est faible par rapport au volume du filtre (de 1 à 10 m²) et la vitesse de passage de l’eau de piscine dans le filtre est élevée,
en filtration sur milieu filtrant plan ou plissé (filtre à poche(s) ou à cartouche(s) pour l’eau de piscines de petites dimensions ouvertes au public ; souvent le groupe filtrant associe la pompe, le corps de filtre et l’élément filtrant,
en filtration sur précouche d’adjuvant (diatomite, perlite, cellulose…) : une suspension de poudre est pompée en circuit fermé sur le filtre pour former un dépôt de quelques mm non compressible (la précouche qui forme le milieu filtrant) sur des cadres/plateaux ou bougies couvertes de toile filtrante (cette toile est trop « ouverte » et ne peut retenir les matières en suspension et les colloïdes de l’eau de piscine).La surface filtrante est celle de la toile support couverte de précouche ; cette surface est forte par rapport au volume du filtre (> 10 m²), la vitesse de passage de l’eau est assez faible, dépend de la perméabilité de la précouche, mais le débit par filtre reste fort,
en filtration sur membrane organique (spiralée, fibres creuses) ou céramique ayant des tailles de pores jusqu’à moins de 0.1 µm. Une membrane est moins perméable, mais très compacte (elle développe une grande surface filtrante dans un faible volume) et modulable (un ou plusieurs éléments équipent un filtre selon le débit à traiter).
Autres conditions de mise en œuvre spécifique du type de filtre, la régénération ou le remplacement du milieu filtrant après colmatage, qui crée du temps d’arrêt de filtration, une consommation significative d’eau du bassin et en suivant d’énergie pour réchauffer l’apport d’eau neuve :
- le lit épais de grains de 0.5-1 mm est contre lavé à l’eau du bassin sur quelques minutes, par expansion partielle du lit, de manière hydraulique,
- les cartouches ou les poches, une fois extraites des filtres sont lavées au jet manuel, ou changées après plusieurs cycles filtration/nettoyage,
- les précouches sont consommables et éliminées par vidange du volume des filtres (faible volume) et remplacées par une précouche neuve,
- les membranes sont contre lavées.
La capacité d’un milieu filtrant à être contre lavé, preuve du détachement rapide, aisé, complet des solides ou des colloïdes retenus pourrait aussi être quantifiée pour être comparée.
La filtration de l’eau de piscine est donc multiple, les critères de mises en œuvre sont nombreux, les composantes des performances encore pas ou seulement très peu exprimées de manière explicite, dans des conditions décrites et pouvant être répétées ; les données sont donc très souvent seulement qualitatives et non comparables.
À la demande du SIET, Syndicat des industriels des équipements du traitement de l’eau, l’AFNOR a ouvert un groupe d’experts FILTRATION au sein de la commission AFNOR S52L - Piscines publiques et toboggans aquatiques, depuis début 2018. Y participent des industriels, des bureaux d’études, des exploitants d’unités de traitement d’eau de piscine ainsi que l’IFTS, Institut de la Filtration et des Techniques Séparatives, Centre d’essais reconnu à l’international, accrédité COFRAC ISO 17025, certifié ISO 9001, disposant de nombreux bancs d’essais pour répondre aux demandes des fabricants ou fournisseurs de matériels ou des donneurs d’ordre utilisateurs, pour déterminer les performances de ces équipements, très souvent des filtres et milieux filtrants.
L’objectif des experts et de tous ceux qui voudront les rejoindre, est de rédiger une ou plusieurs normes pour diffuser les règles et les bonnes pratiques de dimensionnement, utilisation et maintenance des systèmes de filtration pour les piscines à usage collectif.
À terme, ces informations seront largement décrites par les fabricants qui en disposeront et les bureaux d’études ou les utilisateurs de filtres pourront comparer des produits supposés semblables montrant peut-être des différences soit d’efficacités de filtration, soit de seuils de filtration de référence ou moyens, ou encore de capacités de rétention.
Déjà, des normes existent pour l’eau de piscine qui décrivent certaines méthodes pour évaluer des caractéristiques ou performances de filtres/milieux filtrants et pourront être reprises ou adaptées :
- EN 15288-1 -Exigences de sécurité pour la conception
- EN 16713-1 - Piscines privées à usage familial - Systèmes de distribution d’eau (avril 2016) -Partie 1 : Systèmes de filtration -Exigences et méthodes d’essais. La performance de filtration s’appuie sur une méthode décrite pour qualifier :
• la capacité du filtre à réduire la turbidité d’un volume d’eau initial,
• l’efficacité du filtre/milieu filtrant pour la rétention de particules de référence soumises en conditions définies au filtre et suivies par comptage de particules jusqu’à 25 µm pour les plus petites, la capacité de rétention jusqu’au colmatage, le seuil de filtration moyen (taille en µm des particules retenues à plus de 80 %).
D’autres normes ou méthodes décrites et faisant référence depuis plusieurs décennies dans d’autres domaines de l’eau ou pour l’industrie, renferment des idées à reprendre pour l’eau de piscine :
- Matériaux filtrants granulaires :
• NF X45-401 Granulométrie, Masse volumique apparente.
• NF X45-402 Friabilité - Résistance à l’attrition, Perte de charge en filtration et au débit de contre lavage.
• NF X45-403 Critères de réception.
• NF X45-404 Mesurage de la perméabilité d’un adjuvant de filtration.
• NF X 45-405 Masse volumique en gâteau de poudre (adjuvant de filtration/précouche).
- Adjuvant de filtration/précouche : NF EN 14701-2 Partie 2 : résistance spécifique et compressibilité de précouche.
- Milieux filtrants, poches, cartouches :
• NF EN 13443 Filtres mécaniques d’eau - Partie 2 : Efficacité de filtration, Capacité de rétention, Seuil de filtration de référence pour les particules de 1 µm et 80 µm - Partie 1 : particules de 80 à 150 µm.
- Cartouches filtrantes < 1 µm, membranes :
• Méthode IFTS FEEIS - 01-2013 Filtre à Eau – Efficacité Initiale submicronique.
• NF X45-101 Microfiltration ou ultrafiltration. Perméabilité à une eau de référence.
• Taux de rétention des membranes de microfiltration (NF X45-102 annulée depuis 2016), d’ultrafiltration (NF X45-103 annulée depuis 2017).
Des journées sont organisées régulièrement à l’IFTS pour se former sur ces filtrations, ces filtres/milieux filtrants, ces méthodes/normes de qualification.
Avec la construction du Centre d’Essais Roger Ben Aïm, l’IFTS disposera à Agen d’un outil complémentaire où pourront être qualifiées, validées des performances de matériels de traitement d’eau, de systèmes, de composants des circuits hydrauliques dans de nouvelles conditions d’alimentation à grands débits (10 m³/h ou plus) en continu sur des durées courtes (quelques heures) longues (quelques jours) à très longues (quelques semaines ou mois) selon les demandes des acteurs du traitement de l’eau dont l’eau de piscine.
