Les boues d'épuration

Pourtant indispensable à la vie, le phosphore est une ressource limitée. Face à l’épuisement progressif de ses réserves, des solutions émergent. Parmi elles : recycler le phosphore contenu dans nos eaux usées… À Irstea, les scientifiques finalisent un procédé permettant d’en extraire des quantités jusqu’à présent inégalées. Le point sur des travaux très… fertiles.

 

Extrait de gisements situés hors d’Europe1, le phosphore est une ressource minière épuisable. Essentiel au fonctionnement de notre organisme (en particulier au développement de nos os), il est aussi indispensable à l’agriculture moderne (optimisation de la croissance des végétaux et des animaux). Récupérer le phosphore des boues des stations d’épuration, dans lesquelles il est particulièrement abondant, est apparu comme une évidence pour les scientifiques d’Irstea, déjà rompus aux procédés permettant de séparer le phosphore de la matière organique dans laquelle il se trouve.

Sur les traces du phosphore : de nos déchets aux boues d’épuration

Présent en grande quantité dans nos eaux usées, le phosphore provient des excréments et des produits de nettoyage. Responsable d’importantes pollutions quand il se retrouve en excès dans l’eau (eutrophisation2 des rivières, dégradation de la qualité des eaux de surface), il constitue l’une des cibles prioritaires des traitements des eaux usées.

Pour l’éliminer, 2 techniques existent et sont souvent utilisées simultanément dans les stations :

  • traiter les eaux usées à l’aide de bactéries capables d’assimiler le phosphore en grandes quantités (déphosphatation biologique) ;
  • ajouter dans les bassins de traitement des sels de fer ou d’aluminium qui précipitent le phosphore, autrement dit s’y associent en formant une masse solide facile à extraire (déphosphatation physico-chimique).

Dans les 2 cas, le phosphore est piégé dans les boues d’épuration qui sont ensuite incinérées ou épandues sur des terres agricoles. In fine, les eaux usées sont certes nettoyées mais le phosphore, lui, est rendu en tout ou partie inexploitable…

Un procédé d’extraction du phosphore 4 fois plus performant…

« Des procédés d’extraction du phosphore des boues d’épuration existent déjà, mais ils ne permettent de recycler que 20 % du phosphore3 contenu dans les eaux usées », explique Marie-Line Daumer, ingénieure de recherche spécialiste des procédés de valorisation des déchets organiques au centre Irstea de Rennes.

Alors pour améliorer ce rendement et avec lui l’intérêt économique du recyclage, les scientifiques d’Irstea ont l’idée de s’appuyer sur leurs travaux sur les effluents d’élevages et, en particulier, sur le procédé qu’ils ont mis au point pour extraire le phosphore du lisier de porcs. Le principe : dissoudre et dissocier le phosphore de la matière organique grâce à un acide, le cristalliser puis le filtrer pour le récupérer sous forme minérale, directement utilisable comme engrais.

« Basé, à l’origine, sur une acidification chimique, ce procédé était trop couteux pour être appliqué aux boues d’épuration. Nous nous sommes donc tournés vers une acidification biologique, en créant un environnement favorable au développement de bactéries qui produisent naturellement des acides, principalement lactique et acétique », explique Marie-Line Daumer. Une fois le milieu ainsi acidifié, les autres bactéries qui avaient capturé le phosphore lors du traitement des eaux usées, ont pour réaction de le relarguer… Le phosphore se retrouve alors dans la partie liquide des boues. Ne reste plus aux scientifiques qu’à le récupérer après avoir séparé le liquide de la matière organique !

Menées en partenariat avec l’Onema4, ces recherches viennent de livrer leur premier résultat et non le moindre : le procédé développé par l’équipe d’Irstea permet d’extraire 75 % du phosphore des boues des stations d’épuration ! Autant de phosphore potentiellement transformable en engrais…

Bientôt des stations d’épuration sources de phosphore… et d’engrais

Pour aller plus loin, les scientifiques cherchent maintenant à identifier les familles de traitement du phosphore avec lesquelles le procédé permet d’obtenir les meilleurs rendements mais aussi à l’optimiser pour celles dont les rendements sont plus faibles (stations utilisant principalement la déphosphatation physico-chimique). Parallèlement, des recherches sont menées afin d’évaluer la qualité de l’engrais qui sera ainsi produit, ainsi que l’impact - tant du point de vue de la gestion que du point de vue environnemental - de l’introduction d’un tel procédé de recyclage du phosphore dans la chaîne de traitement des boues.

Alors à quand la généralisation de la production d’engrais par les stations d’épuration ? « Nous n’en sommes encore qu’au stade expérimental, mais nous envisageons de tester prochainement notre procédé sur une station d’épuration grandeur nature pour ainsi disposer de résultats pré-industriels », précise Marie-Line Daumer. Et l’enjeu est de taille : le transfert de la technologie permettrait tout à la fois de diminuer la quantité de phosphore dans l’eau rejetée en sortie des stations d’épuration et les risques de pollution associés, de réduire les coûts liés à l’épandage des boues5, de créer de la valeur grâce à la production d’engrais et surtout, de disposer d’une ressource autonome de phosphore permettant de réduire la dépendance vis-à-vis des pays qui en détiennent les gisements…

  1. Le Maroc et le Sahara occidental, les Etats-Unis et la Chine détiennent les deux tiers des réserves mondiales.
  2. Phénomène dû à un excès de substances nutritives (azote, phosphore) dans l’eau qui provoque la prolifération de certains végétaux aquatiques et modifie le milieu notamment en le privant d’oxygène.
  3. Fraction issue de la digestion anaérobie des boues, autrement dit de la dégradation par les bactéries (privées d'oxygène) d’une partie de la matière organique en matière minérale et en gaz.
  4. Travaux menés dans le cadre du projet Metaphos (2013-2015) et du projet Phostep (2016-2018) et financés par l’Onema.
  5. La quantité de boue d’épuration épandue est calculée sur la base de la concentration de phosphore dans les boues. Plus les boues sont concentrées en phosphore, plus l’épandage doit se faire sur une grande superficie.
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