Gaz à effet de serre des stations d’épuration

De manière moins flagrante que l’agriculture ou la production d’énergie, le traitement de nos eaux usées s’ajoute à la longue liste des activités humaines qui produisent des gaz à effet de serre. Plus précisément en cause : la dégradation biologique de l’azote qui émet un puissant gaz à effet de serre, le protoxyde d’azote. À Irstea, des spécialistes du traitement des eaux usées cherchent à mieux comprendre l’origine de ces émissions issues des stations d’épuration pour mieux les maîtriser.

Naturellement présent dans le sol et l’hydrosphère (océans, lacs...), le protoxyde d’azote (N2O) est également émis par les procédés d’épuration des eaux usées et plus exactement lors de la dégradation de l’azote par les bactéries (nitrification et dénitrification). Problème : le protoxyde d’azote est un puissant gaz à effet de serre - 300 fois plus que le dioxyde de carbone (CO2) -, qui participe à la destruction de la couche d’ozone.

L’épuration des eaux usées contribuerait ainsi pour 3.5 % aux émissions de N2O1 résultant des activités humaines. « Ce chiffe parait faible mais, d’après nos premiers résultats, il est largement sous-estimé car il repose sur l’utilisation d’un facteur d’émission calculé sur une station d’épuration américaine destinée à traiter essentiellement le carbone. Or en France, les stations d’épuration traitent à la fois le carbone et l’azote », commente Ahlem Filali, chargée de recherche en traitement des eaux résiduaires au centre Irstea d’Antony. « De plus, même de faibles émissions de N2O peuvent avoir un impact considérable sur l’impact climatique et le bilan carbone des stations, jusqu’à 80 % selon nos résultats ».

Des mesures d’émission affinées pour les stations d’épuration françaises

Les scientifiques d’Irstea, dans le cadre d’une convention avec l’Onema et du programme Mocopee, ont donc cherché dès 2012 à quantifier les émissions de N2O issues des procédés d’épuration les plus utilisés en France (boues activées, filtres plantés de roseaux, biofiltres). À partir de campagnes de mesures en conditions réelles, ils ont identifié les paramètres de gestion et d’exploitation des stations qui favorisent ces émissions. Ils ont par ailleurs démontré que le facteur d’émission varie fortement selon le procédé (0 à 5 % de la charge d’azote qui entre dans la station) et qu’il varie aussi, pour un même procédé, selon les périodes de l’année. Des résultats qui soulignent le manque de pertinence de l’approche actuelle qui repose sur des facteurs d’émission fixes.

Prochaine étape : des solutions pour réduire les émissions de N2O

Aujourd’hui, les scientifiques veulent aller plus loin. En collaboration avec des laboratoires universitaires et des acteurs de l’épuration (projet N2O TRACK)2, ils ont pour objectif d’élaborer des stratégies de réduction du N2O émis par les filières actuelles, mais aussi par les futures filières qui viseront une meilleure qualité des eaux épurées tout en consommant moins d’énergie. Parmi les étapes prévues :

  • Développer des modèles mathématiques qui reproduisent le fonctionnement dynamique des stations et des émissions de N2O
  • Affiner l’estimation de la contribution des stations d’épuration aux émissions nationales de N2O via ces modèles
  • Proposer des outils innovants pour les réduire : couplage de capteurs de mesure du N2O avec des algorithmes de régulation, pilotage des processus de nitrification et dénitrification, etc.

Des données précieuses dans le contexte pressant de réduction des impacts de nos activités sur le réchauffement climatique, et notamment pour les grandes collectivités (plus de 50000 habitants) qui ont d’ores et déjà l’obligation d’établir des bilans d’émission des gaz à effet de serre et de mettre en œuvre des mesures pour les réduire.

  1. Source : Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), 2014
  2. Projet ANR (2015/2019) – Partenaires : Irstea, LISBP-Toulouse, IEES-Paris, Ecobio-Rennes1, SIAAP-Paris, société BIOTRADE
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