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Irstea, caution scientifique des nouvelles technologies d’épuration

Vue d'un réacteur de station d’épuration © JM Perret / Irstea

Doté d’une expertise de près de 40 ans et de compétences pluridisciplinaires en microbiologie, physique, chimie ou même en mathématiques, Irstea est aujourd’hui un interlocuteur scientifique incontournable des professionnels de l’épuration des eaux. Pour preuve : toute nouvelle technologie implantée en France est expertisée par l’équipe spécialiste des procédés de traitement des eaux usées d’Irstea. Retour avec Jean-Pierre Canler et Jean-Marc Choubert sur cette activité pour laquelle l’équipe est devenue une référence nationale.

En France, dans les grandes agglomérations, la majeure partie des stations d’épuration utilise le procédé des boues activées. Le principe : stimuler les bactéries contenues naturellement dans les eaux usées, lesquelles ont la propriété, en se regroupant en flocons (boues activées), de dégrader facilement les matières organiques (composées de carbone), comme les restes alimentaires, et les 2 autres principaux polluants d’origine anthropique contenus dans l’eau, l’azote et le phosphore.

Pour répondre aux évolutions réglementaires en termes de qualité de l’eau et aux besoins d’adaptation des traitements et des infrastructures, de nouvelles technologies visant à améliorer le traitement apparaissent régulièrement. À Irstea, l’équipe spécialisée dans les procédés de traitement des eaux usées traque chacune de ces solutions innovantes dans le but d’expertiser leurs performances.

Irstea : Pouvez-vous préciser la démarche d’Irstea en ce qui concerne les nouveaux procédés de traitement des eaux usées implantés sur le territoire ?

Jean-Pierre Canler & Jean-Marc Choubert : En lien avec les interlocuteurs publics (collectivités, agences de l’eau, agence de la biodiversité), nous nous intéressons à chaque nouveau procédé implanté en France, dans le but de déterminer si la technologie proposée répond bien aux objectifs annoncés par le constructeur en termes de qualité de l’eau en sortie du traitement. Nous cherchons à comprendre précisément les mécanismes impliqués, à évaluer les performances du procédé, y compris dans la durée, et son réel bénéfice, et nous étudions aussi les solutions pour l’optimiser. Cela peut concerner une étape de la chaîne de traitement ou bien le dimensionnement de la station dans son ensemble.

Une fois l’expertise réalisée, nous élaborons des recommandations sur la conception et le fonctionnement de la technologie proposée et des guides techniques à l’usage des professionnels du domaine (bureaux d’étude, constructeurs) et des décideurs publics. Nous apportons ainsi des données scientifiquement validées sur ces nouveaux procédés, de manière à aider les collectivités dans le choix de filières efficaces et adaptées à leur besoin, et à permettre des investissements publics au juste coût.

 

Irstea : Quelles sont les pistes innovantes actuellement expertisées ?

J.-P. Canler & J.-M. Choubert : Parmi les récents procédés de traitement étudiés, on peut citer le procédé Organica – particulièrement médiatisé – commercialisé par Veolia et récemment installé sur plus de 20 sites en France. Il associe le traitement classique par boues activées à des plantations végétales. Concrètement, des végétaux dotés d’un réseau racinaire important sont intégrés sur le bassin d’aération dans lequel se développent les bactéries qui traitent les eaux usées. Nous avons démarré en 2015 une étude pour démontrer le réel apport des plantes dans le dispositif. Nos premiers résultats montrent que l’influence des plantes sur l’efficacité du traitement est négligeable ; en revanche le procédé apporte un indiscutable bénéfice esthétique et facilite l’intégration paysagère des stations à proximité des habitations.

À une autre étape de la chaîne d’épuration, nous travaillons sur les boues qui sont extraites en fin de traitement. Classiquement, ces boues sont déshydratées mécaniquement pour réduire leur volume. L’eau qui en est extraite, très chargée en pollution, est renvoyée dans la station pour être retraitée. L’enjeu actuel est de mettre au point des procédés de traitement de ces eaux très riches en azote. Dans le cadre du programme Mocopee, nous étudions un procédé, implanté sur une station d’épuration du syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne (SIAAP), qui vise à traiter spécifiquement cette grande quantité d’azote contenue dans les retours de boues, et ce, en consommant beaucoup moins d’oxygène que le procédé classique (nitrification). Après en avoir identifié les points faibles, nous étudions actuellement les paramètres clés du procédé et leur influence, ainsi que les solutions pour en améliorer les performances.

Nous travaillons également sur les procédés à biofilm. Particulièrement prometteurs notamment car ils permettent des infrastructures plus compactes, ils consistent à ajouter des supports comme de petits disques plastiques de quelques centimètres de diamètre, dans l’eau usée ou dans la boue (procédés MBBR et IFAS), sur lesquels se fixent les bactéries, de façon à augmenter leur densité dans le réacteur et intensifier l’activité de dégradation. En collaboration avec Vinci-Environnement, l’INSA de Lyon, l’université Laval à Québec et la région Rhône-Alpes/Auvergne, nous avons ainsi mené une expérimentation de plus de 2 ans sur un pilote expérimental de la Feyssine (voir encadré) qui nous a permis de déterminer des règles de dimensionnement et d’exploitation optimisées de ces procédés.

Enfin, en prévision des futures évolutions réglementaires notamment vis-à-vis des micropolluants1, nous travaillons par ailleurs sur des procédés utilisés en traitement complémentaire. Nous étudions par exemple les mécanismes de dégradation des micropolluants par oxydation à l’ozone ou par la lumière solaire au sein de procédés plus naturels tels que les zones de rejet végétalisées.

Irstea : Selon vous, quels points forts ont fait d’Irstea une référence en matière d’épuration ?

J.-P. Canler & J.-M. Choubert : D’un point de vue méthodologique, nous nous distinguons par une approche très complète qui associe des études sur des pilotes expérimentaux, en particulier dans le hall expérimental de la Feyssine, et des évaluations directement sur les stations en fonctionnement. De plus, la plupart de nos études s’appuie sur le développement de modèles mathématiques qui nous permettent d’approfondir nos analyses des procédés et de consolider nos recommandations. Notre expérience en la matière nous a d’ailleurs conduits à élaborer des guides de bonnes pratiques d’élaboration des modèles d’études des stations d’épuration, ce qui permet d’en garantir la fiabilité.

Notre seconde spécificité repose sur nos collaborations permanentes avec des industriels et sur un partenariat fort avec les collectivités publiques. C’est le cas, par exemple, avec l’agglomération du Grand Lyon avec laquelle nous collaborons dans le cadre du hall expérimental de La Feyssine, avec Bordeaux Métropole sur le site expérimental des zones de rejet végétalisées (projet Biotrytis) ou encore avec le groupe de travail EPNAC2 avec lequel nous travaillons sur les procédés de traitement des eaux usées adaptés aux petites et moyennes collectivités.

C’est en grande partie grâce à ces 2 particularités – approches méthodologique et partenariale –, associées à nos compétences pluridisciplinaires, que nous sommes aujourd’hui identifiés comme référent en matière d’épuration en France et même, de plus en plus, à l’international…

 

La Feyssine : un site d’étude des procédés de traitement des eaux usées unique en son genre
 

Fruit d’une collaboration de longue date entre l’équipe spécialiste de l’épuration d’Irstea et la collectivité du Grand Lyon, la plateforme expérimentale de la Feyssine voit le jour en 2011.

L’objectif : construire un site de recherche sur les traitements des eaux usées adossé à une station d’épuration pour disposer en continu des eaux usées qui transitent par la station et mener ainsi des expériences au plus près de la réalité de terrain. Financée par le Grand Lyon (coût du bâtiment de 1,8 million d’€) et équipée par Irstea (pilotes automatisés et instrumentés), la plateforme permet de répondre aux problématiques rencontrées par la collectivité. Elle accueille aussi de nombreux projets en collaboration avec des partenaires universitaires et industriels. Y sont ainsi réalisés des travaux sur l’optimisation des traitements, la validation de procédés innovants ou encore la modélisation du devenir des micropolluants dans la filière de traitement.

 

  1. Substances toxiques à très faible concentration, comme les pesticides ou les résidus médicamenteux
  2. Évaluation des procédés nouveaux d'assainissement des petites et moyennes collectivités
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