Le gouvernement fédéral rapporte que 40 États s'attendent à des pénuries d'eau d'ici 2024 et que les problèmes d'eau affligent déjà certaines villes des États-Unis. Les aquifères souterrains qui ont été surexploités pendant des années demandent maintenant à être reconstitués. Le problème est que les deux principales stratégies pour augmenter l'approvisionnement en eau – la collecte des eaux de ruissellement et le recyclage des eaux usées traitées – sont généralement des processus distincts qui peuvent créer des infrastructures coûteuses et sous-utilisées.

Maintenant, deux ingénieurs environnementaux de Stanford ont développé un outil de planification informatique appelé AquaCharge qui aide les services d'eau urbains à examiner leurs circonstances locales et à comprendre comment ils pourraient combiner ces deux stratégies d'approvisionnement en eau dans un système intégré, système efficace et rentable qui réalimente les aquifères.

Cet outil de planification et cette approche hybride sont si innovants que l'American Society of Civil Engineers a récemment honoré Jonathan Bradshaw, un étudiant diplômé en génie civil et environnemental, et Richard Luthy, professeur de génie civil et environnemental, pour le développement d'AquaCharge.

"Les idées de recyclage des eaux usées et de captage des eaux pluviales ne sont pas nouvelles, ", a déclaré Luthy. "Ce qui est nouveau ici, c'est de réfléchir à la façon de combiner ce qui était des systèmes séparés en une seule approche pour recharger les eaux souterraines."

Coût vs besoin

Aucune de ces stratégies pour augmenter l'approvisionnement en eau n'est sans inconvénients. Un certain nombre de services publics californiens collectent les eaux pluviales, comme les précipitations qui s'abattent sur les flancs des montagnes pendant la saison des pluies, et le canaliser dans de grands " bassins d'épandage, " qui sont essentiellement des étangs qui fuient et qui sont suffisamment poreux pour que l'eau s'infiltre jusqu'à un aquifère. Les aquifères servent de banques de stockage naturelles, retenir l'eau pour une utilisation future au lieu de la laisser s'écouler dans l'océan.

Bien que cette approche soit efficace, les bassins d'épandage nécessitent une grande quantité de terres souvent sous-utilisées. En effet, les ingénieurs conçoivent généralement les bassins pour qu'ils soient suffisamment grands pour capturer et traiter de grands volumes d'eau pendant la saison des tempêtes. En conséquence de cette conception, les bassins restent en grande partie inactifs pendant les mois secs. Selon certaines estimations, Les bassins d'épandage de Los Angeles ne percolent en moyenne que 12 % de leur capacité annuelle théorique. Tous les districts n'ont pas accès à des terres qui peuvent rester inutilisées une grande partie de l'année.

Le recyclage des eaux usées pose un autre ensemble de défis. Certains services publics traitent les eaux usées au point qu'elles peuvent être utilisées en toute sécurité pour l'irrigation agricole ou à certaines fins industrielles, comme la circulation dans les tours de refroidissement d'une centrale électrique. De telles utilisations réduisent la charge sur les aquifères ou d'autres sources d'eau.

Cependant, la réglementation exige que cette eau recyclée soit acheminée dans une canalisation distincte des conduites d'eau potable. Bien que de nombreuses villes aient un grand potentiel de production d'eau recyclée, le coût élevé de ces systèmes de tuyauterie séparés signifie que seule une petite fraction de ce potentiel est réellement développée. Et ainsi la plupart des eaux usées traitées retournent dans la mer, ou dans les rivières et ruisseaux.

Un système hybride

Avec ces compromis, les régions peuvent décider que les besoins en terrains ou les coûts de tuyauterie les poussent vers l'un ou l'autre système. Cependant, d'autres communautés ont développé des approches hybrides combinant les deux stratégies.

Orange County, Californie, qui est devenu un leader dans la recharge des eaux souterraines, purifie ses eaux usées afin qu'elles soient suffisamment propres pour être bues – puis pompe cette eau recyclée hautement purifiée dans des bassins d'épandage pour recharger l'aquifère souterrain de la région. Ceci est analogue à la capture des eaux pluviales dans le sens où l'eau s'infiltre dans les banques de stockage souterraines, sauf que la source d'eau est des eaux usées purifiées plutôt que des précipitations ou la fonte des neiges.

Inspiré par les leaders de la réutilisation de l'eau comme Orange County, les chercheurs de Stanford ont créé AquaCharge pour aider d'autres autorités locales à comparer les compromis entre différentes conceptions afin de trouver le système le plus rentable dans leur région.

Le logiciel examine des facteurs tels que la disponibilité des bassins d'épandage et des approvisionnements en eaux pluviales, le potentiel de production d'eau recyclée et les options pour l'installation de canalisations d'eau recyclée.

"Notre méthode permet non seulement de réfléchir à un nouveau type de système hybride de réapprovisionnement en eau, " Bradshaw a déclaré. "Cela aide également à déterminer quel type de système permettra d'atteindre les objectifs d'une ville au coût le plus bas."

Luthy a déclaré qu'AquaCharge pourrait grandement améliorer l'utilisation et la réutilisation de l'eau. Californie, par exemple, recycle actuellement environ 15 pour cent de ses effluents d'eaux usées traitées disponibles. Les planificateurs de l'eau de l'État aimeraient doubler ou tripler ce montant d'ici 2030.

En permettant aux collectivités de faire des calculs complexes qui révèlent les coûts et les avantages des stratégies de réutilisation, Luthy dit, "AquaCharge pourrait aider l'État à atteindre cet objectif."