Recycler le phosphore, ressource en voie de disparition

Essentiel au fonctionnement des organismes vivants et indispensable à l’agriculture moderne, le phosphore est pourtant une ressource limitée qui s’amenuise de manière inquiétante. Récupérer le phosphore des eaux usées des stations d’épuration, dans lesquelles il est abondant, pour le recycler, est une solution prometteuse. Les scientifiques de l’unité OPAALE d’Irstea, experts dans le domaine, ont développé un procédé innovant dans le cadre d’un projet européen.

Le phosphore est un élément indispensable à la vie, constitutif des tissus animaux et végétaux. Puisé par les plantes, naturellement présent dans les sols et irremplaçable, il est nécessaire à un bon rendement agricole, et est donc utilisé comme engrais. Il pourrait pourtant disparaître un jour. L’augmentation de la population et son utilisation croissante par l’agriculture exerce une pression considérable sur les ressources, issues de mines situées principalement hors d’Europe (Maroc, Russie, Etats-Unis…).

C’est pourquoi le phosphore a été ajouté sur la liste de matières premières critiques par la Commission Européenne en 2017, qui fait l’inventaire des matières premières présentant un risque élevé de pénurie et une grande importance économique, auxquelles l’accès fiable et sans entrave constitue un enjeu pour l’industrie européenne.

Le phosphore, en provenance des excréments et des produits de nettoyage, est présent en grande quantité dans nos eaux usées. Or, en excès, il perturbe les milieux aquatiques et provoque leur eutrophisation, caractérisée par la prolifération d’organismes potentiellement toxiques et un appauvrissement en oxygène, rendant l’eau impropre à la consommation, à la pêche ou à la baignade. Les stations d’épuration mettent donc en place des technologies pour récupérer le phosphore, mais le phosphore récupéré est rarement recyclé. Marie-Line Daumer et son équipe de chercheurs à Irstea travaillent à l'élaboration d'un procédé qui permettrait d'extraire le phosphore des eaux usées pour le réutiliser : une solution qui pourrait participer à résoudre conjointement les problèmes d’approvisionnement et de pollution.

Différentes méthodes pour différents contextes

Pour éliminer le phosphate des eaux usées, deux techniques existent, souvent utilisées simultanément dans les stations d’épuration : traiter les eaux usées à l’aide de bactéries capables d’assimiler le phosphore (déphosphatation biologique), et ajouter des sels métalliques pour précipiter le phosphore, le transformant en une masse solide facile à extraire (déphosphatation physico-chimique). Le phosphore est ainsi piégé dans les boues d’épuration qui sont ensuite incinérées ou épandues comme fertilisant sur des terres agricoles. Il est possible de récupérer le phosphore soit dans les boues pour réduire la surface d’épandage, soit dans les cendres, après incinération. « L’incinération permet de détruire les polluants organiques, mais nécessite des installations très lourdes, explique Marie-Line Daumer. L’épandage a pour avantage de nourrir les sols grâce à la matière organique présente, mais comporte plus de risques de transfert de micropolluants. La stratégie envisagée dépend de la taille des stations d’épuration, de leur implantation géographique et des réglementations auxquelles elles sont soumises, qui varient grandement en fonction des pays. On ne pourra pas procéder de la même manière dans une zone rurale en Ecosse et dans une zone industrielle en Allemagne par exemple ». C’est ainsi que le projet Interreg North-West Europe Phos4You, qui rassemble 11 partenaires européens dont Irstea, a pour but de développer différents procédés en concordance avec les contextes et réglementations locales.

Un procédé biologique made in Irstea

« Nous avons mis en place un procédé biologique, maintenant breveté, qui permet d’extraire le phosphore des boues et de le réutiliser directement comme fertilisant, explique la chercheuse. Nous favorisons le développement de deux types de bactéries naturellement présentes dans les boues : d’une part les bactéries qui produisent des acides ; suite à cette acidification du milieu, les bactéries qui avaient capturé le phosphore lors du traitement des eaux usées, ont pour réaction de le relarguer…et d’autre part des bactéries qui détruisent les complexes métalliques qui avaient piégé le phosphore. Le phosphore se retrouve alors dans la partie liquide des boues, que nous séparons de la matière organique. Ainsi, suivant le type de boues, jusqu’à 75% du phosphore peut être dissous.On peut ensuite recycler le phosphore sous forme d’engrais et utiliser les boues pour de la méthanisation ou de l’épandage ».

Parallèlement, la qualité de l’engrais ainsi produit est étudiée, 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 eaux. Un démonstrateur de cette technologie, construit par Veolia, est actuellement en fonctionnement dans le nord de la France. L’équipe d’Irstea a contribué à sa conception et participe à son bon fonctionnement et à son optimisation. Son but : prouver la valeur du procédé à une échelle industrielle. 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 boues  d’augmenter significativement le potentiel énergétique des boues, de créer de la valeur grâce à la production d’engrais, et de disposer d’une ressource autonome de phosphore permettant de réduire la dépendance vis-à-vis des pays qui en détiennent les gisements...

Fiche d’identité du projet Phos4You

  • Nom : Phos4You
  • Budget total : 11.02 millions d’euros
  • Dates : 2017-2021
  • Partenaires : 11 partenaires européen
  • Site internet du projet Phos4You

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